Quimica 10ma Edición Raymond Chang Unidad 19 20

Electroquímica

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.

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Sumario

Avance del capítulo
•

Iniciaremos con una revisión de lasreacciones redox y con el estudio de los métodos
de balanceo de ecuaciones que describen estos procesos. (19.1)

•
•

Después, examinaremos los puntos básicos de las celdas galvánicas. (19.2)

Efecto de la concentración
sobre la fem de la celda

•

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

Baterías

•

Examinaremosvarias clases comunes de baterías y la operación de las celdas de
combustible. (19.6)

•

Después estudiaremos un proceso electroquímico espontáneo —la corrosión— y
aprenderemos las formas de evitarlo. (19.7)

•

Por último, exploraremos las reacciones electroquímicas no espontáneas —la electrólisis— y analizaremos los aspectos cuantitativos de los procesos electrolíticos.
(19.8)

19.1
19.219.3

Reacciones redox

19.4

Termodinámica de las
reacciones redox

19.5
19.6
19.7
19.8

Celdas galvánicas
Potenciales estándar de
reducción

Corrosión
Electrólisis

Aprenderemos 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 la celda.Existe una relación entre
la fem de una celda, el cambio en la energía libre estándar de Gibbs, y la constante
de equilibrio para la reacción de la celda. (19.3 y 19.4)

L

a 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 suministra la luz o por falta de baterías, esinconcebible 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 reacción química no espontánea. A este último proceso sele conoce
como electrólisis.
En este capítulo se explican los fundamentos y las aplicaciones de las celdas 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 cuantitativos de la electrólisis.

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CAPíTULo 19

Electroquímica

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 aprovechapara inducir una 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:
En la sección4.4 se presentan las reglas
para la asignación de los números de
oxidación.

0

+1

+2

0

Mg(s) + 2HCl(ac) h MgCl2(ac) + H2(g)
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...