Materiales

Celdas Electroquímicas

Celdas electrolíticas
Utilizadas en varios procesos industriales importantes

La Celda
e-

-

batería

+
e-

fem

Medio conductor

Recipiente

(-)

(+)

Electrodos inertes

Signo o polaridad de los electrodos

¿Qué especies químicas estarían presentes en una celda que contiene cloruro de sodio fundido, NaCl (l)?
+ Na Cl

Examinando lacelda electrolítica que contiene NaCl fundido.

NaCl fundido
Observe las reacciones que ocurren en los electrodos

-

batería

+
Cl2 (g) escapa

Na (l) Cl(-) Semi celda Na+ + eNa Na+ ClClNa+ (+) Na+ 2Cl-

NaCl (l)

Semi celda Cl2 + 2e-

NaCl fundido
A nivel microscópico

e-

Batería

+
NaCl (l)

cationes migran hacia el electrodo (-) cátodo Na+ + eNa

Cl(-)

Na+ClCl-

Na+ e(+) Na+

aniones migran hacia el electrodo (+) ánodo 2ClCl2 + 2e-

Celda electrolítica con NaCl fundido
Semi reacción catódica (-) REDUCCION Na+ + eSemi reacción anódica (+) OXIDACION 2ClReacción global 2Na+ + 2ClNa X2

Cl2 + 2e-

2Na + Cl2

Reacción no espontánea !

Definiciones:
CATODO Electrodo donde se produce la REDUCTION ANODO Electrodo donde se produce la OXIDACION¿Qué especies química deberían estar presentes en un recipiente que contiene cloruro de sodio en solución, NaCl (acuoso)?
+ Na Cl

H2O
¿Serán las semi reacciones iguales o distintas de las anteriores?

NaCl acuoso
e-

-

Batería

+
e-

Fuente de poder (f.e.m.)

NaCl (aq) ¿Qué se reduciría en el cátodo

Na+ Cl-

Cátodo Semi celda diferente

(-)

H2O

(+) ánodo2ClCl2 + 2e-

Celda electrolítica con NaCl acuoso
Semi celda catódica posible (-) REDUCCION Na+ + eNa 2H20 + 2eH2 + 2OHSemi celda anódica posible (+) OXIDACION 2ClCl2 + 2e2H2O O2 + 4H+ + 4eReacción global 2Cl- + 2H20 H2 + Cl2 + 2OH-

e-

Por cada electrón, un átomo de plata se deposita en el electrodo Ag+ + eAg La corriente eléctrica se expresa en amperes, que se define como la cantidad decorriente que al pasar a través de una solución de AgNO3 (acuoso) en condiciones estándar, depositará plata a razón de 0,001118 g Ag/segundo 1 amp = 0,001118 g Ag/segundo

Ag+ Ag

La Ley de Faraday
La masa que se deposita (o que se corroe) en un electrodo depende de la cantidad de corriente Cantidad de corriente – coulombs (Q) Q es el producto de la corriente (en amperes) que pasa por unidadde tiempo (en segundos)
coulomb

Q = It

Tiempo en segundos

Corriente en amperes (amp)

1 coulomb = 1 amp-segundo = 0,001118 g Ag

Ag+ + e-

Ag

1,00 mol e- = 1,00 mol Ag = 107,87 g Ag = 96485 coulomb/mol e0,001118 g Ag/coulomb 107,87 g Ag/mol e-

mol e- = Q/F

1 Faraday (F )

masa = molmetal x MM
molmetal depende de la semi reacción

Un coulomb (C) es la cantidad decarga que pasa por un punto dado de un alambre cuando se hace pasar una corriente electrica de 1 ampère en 1 segundo
Experimentalmente se ha determinado que 1 mol de electrones transporta una carga de 96487 coulombs

1 mol e- = 96500 C En electroquímica 1 mol de electrones se denomina 1 faraday, en honor a Michael Faraday

El número de coulombs por faraday se llama constante de FaradayEjemplos en los que se aplica La Ley de Faraday
• ¿Cuántos gramos de Cu se depositarán en 3,00 horas cuando se hace pasar una corriente de 4,00 amperes? Cu+2 + 2eCu • La carga de un electrón es 1,6021 x 10-19 coulomb. Calcular el número de Avogadro a partir del hecho que 1 F = 96487 coulombs/mol e-.

• A través de una serie de soluciones pasan 50000 coulombs, si las soluciones fueran de Au+3, Zn+2 yAg+, y si Au, Zn y Ag se depositaran respectivamente, calcule cantidad de metal depositado en cada ánodo. e- + battery +
e-

-

+
e-

-

+
e-

1,0 M Au+3 Au+3 + 3eAu

1,0 M Zn+2 Zn+2 + 2eZn

1,0 M Ag+ Ag+ + eAg

El Proceso Hall-Héroult (Obtención de Aluminio)
• Electrólisis Al2O3 fundido mezclado con cryolite Na3AlF6 – baja el punto de fusión • La celda opera a alta...