Electroquimica

Introducción a la Electroquímica

La electroquímica estudia las reacciones químicas que se producen debido a la corriente eléctrica y también la producción de energía eléctrica a partir de reacciones químicas. Las reacciones electroquímicas involucran un cambio en el estado de oxidación de las especies involucradas.

Siempre que existe la oxidación, existe también una reducción enoposición para consumir el flujo de corriente eléctrica que se genera o se aplica al ocurrir esto. Y para muestra, se puede observar el experimento de “la gota de Evans”. ¿Te has puesto a pensar que si una lata se oxida, qué es lo que se reduce?

La solución de Evans consiste en una solución diluida de ferricianuro de potasio y fenolftaleína. Se coloca una gota en una lata (con alto contenido de Fe) yocurren cambios en la coloración inicial:

Figura 42. Experimento de “la gota de Evans”

Las semi-reacciones (electroquímicas) que ocurren son:

a) Oxidación:

Fe = Fe2+ + 2e-

El Fe(II) en presencia del ferricianuro, a través de una reacción química, forma un precipitado azul de ferricianuro ferroso:

3Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3- = Fe3[Fe(CN)6]2

b) ReducciónO2 + 2H2O + 4e- = 4OH-

Que es identificable por el color característico de la fenolftaleína rosa-violeta en presencia de iones OH- (que es también una reacción química),

¡La lata es ánodo y cátodo a la vez!

Mediciones y unidades eléctricas

Q Carga eléctrica. La cantidad de carga eléctrica Q se mide en Coulombs (C). La carga de un electrón es 1.602x10-19 C.

¿Cuálserá la carga de 1 mol de electrones? Realiza tu análisis dimensional:

¿A qué constante equivale?_____________________________

• Corriente eléctrica. La corriente eléctrica (i) se produce debido al movimiento de cargas (electrones).

Cuando una cantidad de carga igual a 1 Coulomb se mueve en un tiempo de 1 segundo, decimos que ha circulado 1 Amperio de corriente:

La carga es la corrientemedida a un cierto tiempo:

[pic]

Pero manteniendo constante la corriente (con un galvanostato por ejemplo), la carga es simplemente:

Donde:

Q Carga, C
i Corriente, C/s
t Tiempo, s

• Voltaje (diferencia de potencial eléctrico). La “fuerza” o “tensión” que impulsa a las cargas a moverse a través de un circuito se llama voltaje o diferencia de potencial. Su unidad de medidaes el Voltio y su símbolo en electroquímica es E. Para el voltaje de una celda se utilizan los términos fuerza electromotriz o fem, y potencial de celda.

• Resistencia eléctrica. Es la oposición que un circuito ofrece al paso de la corriente eléctrica. Su símbolo es R y su unidad de medida es el Ohm (Ω).

• LEY DE OHM. La ley de Ohm relaciona la corriente, el voltaje y la resistencia enuna sola ecuación, que es:

Si comparamos un sistema hidráulico y uno eléctrico, se establece una analogía. Completa los espacios:
[pic]

Circuito hidráulico Circuito eléctrico

Fuerza impulsora: ______Bomba_(atm)_______ ___________________( )__
Flujo: ______Agua (L/s)_________ ___________________( )__
Resistencia: _____Diámetro(cm)________ ____________________( )__

Celdas electroquímicas

Una celda electroquímica es un arreglo de dos o más electrodos en contacto con un electrolito (una substancia que conduce la electricidad debido a la presencia de iones).

[pic]

Figura 43. Una celda electroquímica formada por dos medias celdas.
NOTA: A menos que se indique lo contrario, en los esquemas de las celdas,elelectrodo de la izquierda SIEMPRE será el ÁNODO

Las celdas electroquímicas pueden ser de dos tipos:

• celda galvánica es aquella en la que ocurren reacciones espontáneas y se genera energía eléctrica que puede aprovecharse en un circuito externo. Se les conoce comúnmente como pilas o baterías.

• celda electrolítica es aquella en la que necesitamos energía eléctrica externa para...