Ensayos

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19: Electroquímica

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Gas hidrógeno generado a partir de un fotoelectrodo iluminado. El uso de la energía luminosa para producir hidrógeno del agua puede tener una función importante en el desarrollo de celdas de combustible. Los modelos muestran moléculas de agua, hidrógeno y oxígeno.

19.1 Reacciones redox

19.2 Celdas electroquímicas

19.3 Potencialesestándar de reducción

19.4 Espontaneidad de las reacciones redox

19.5 Efecto de la concentración sobre la fem de la celda

19.6 Baterías

19.7 Corrosión

19.8 Electrólisis
AVANCE DEL CAPÍTULO

• Se iniciará con una revisión de las reacciones redox y con el estudio de los métodos de balance de las ecuaciones que describen estos procesos. (19.1)

• Después, seexaminarán los puntos básicos de las celdas electroquímicas. (19.2)

• Se aprenderá a determinar los potenciales estándar de reducción con base en el electrodo estándar de hidrógeno, y a utilizarlos para calcular la fem de una celda y en consecuencia la espontaneidad de una reacción de celda. Existe una relación entre la fem de una celda, el cambio en la energía estándar de Gibbs y laconstante de equilibrio para la reacción de celda. (19.3 y 19.4)

• Se verá que la fem de una celda en condiciones de estado no estándar se puede calcular mediante la ecuación de Nernst. (19.5)

• Se examinarán varias clases comunes de baterías y la operación de las celdas de combustible. (19.6)

• Después se estudiará un proceso electroquímico espontáneo —corrosión— y se aprenderánlas formas de evitarlo. (19.7)

• Por último, se explorarán las reacciones electroquímicas no espontáneas o electrólisis y se analizarán los aspectos cuantitativos de los procesos electrolíticos. (19.8)

La energía eléctrica es una de las formas de energía de mayor importancia práctica para la vida contemporánea. Un día sin energía eléctrica, ya sea por fallas de la compañía que suministrala luz o por falta de baterías, es inconcebible en nuestra sociedad tecnológica. El área de la química que estudia la conversión entre la energía eléctrica y la energía química es la electroquímica.

Los procesos electroquímicos son reacciones redox en donde la energía liberada por una reacción espontánea se transforma en electricidad, o la electricidad se utiliza para inducir una reacciónquímica no espontánea. A este último proceso se le conoce como electrólisis.

En este capítulo se explican los fundamentos y las aplicaciones de las celdas electroquímicas o galvánicas, la termodinámica de las reacciones electroquímicas, y las causas y la prevención de la corrosión por medios electroquímicos. También se analizan algunos procesos electrolíticos simples y los aspectos cuantitativosde la electrólisis.

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19.1 Reacciones redox

La electroquímica es la rama de la química que estudia la transformación entre la energía eléctrica y la energía química. Los procesos electroquímicos son reacciones redox (oxidación-reducción) en donde la energía liberada por una reacción espontánea se convierte en electricidad o donde la energía eléctrica se aprovecha para induciruna reacción química no espontánea. Aunque las reacciones redox se estudiaron en el capítulo 4, es conveniente revisar algunos de los conceptos básicos que vuelven a aparecer en el presente capítulo.

En las reacciones redox se transfieren electrones de una sustancia a otra. La reacción entre el magnesio metálico y el ácido clorhídrico es un ejemplo de una reacción redox:

[pic]Recuerde que los números que aparecen encima de los símbolos de los elementos indican sus números de oxidación. La pérdida de electrones durante la oxidación de un elemento se distingue por un aumento en su número de oxidación. La reducción de un elemento implica disminución en su número de oxidación debida a la ganancia de electrones. En la reacción anterior, el Mg metálico se oxida y los...
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