Electro metalurgia

U N IVE R S I DAD

DE

CHI LE

FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMÁTICAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE MINAS

ELECTRO METALURGIA
MI 51G

© Dr. Luis Cifuentes Seves
2006

Introducción

Electro química
De acuerdo a Bockris *, la Electro química se divide
en:
- Iónica (Ionics)
- Electródica (Electrodics)
J O’M Bockris & A K N Reddy, “Modern Electrochemistry”, Plenum
Press
1a. ed. 1970 (2 tomos);2a. ed. 1998 (3 tomos)

Iónica
La Iónica* es el estudio de los sistemas que
conducen corriente por medio de iones.
Los hay de dos tipos:
- Soluciones electrolíticas
- Sales fundidas (también óxidos)
* Primer tomo de Bockris & Reddy

Iónica
Las sales fundidas se componen sólo
de iones, mientras que las soluciones
también contienen un solvente, luego
las sales fundidas son más
conductoras.
En estecurso nos concentraremos en
las soluciones electrolíticas

Soluciones electrolíticas
Los temas centrales de la Iónica de las
soluciones electrolíticas son:
- Las interacciones ión – solvente
- Las interacciones ión – ión

Interacciones ión-solvente
El primer modelo de las interacciones ión-solvente
fue el de Max Born (1920)
Considera un ión representado como una esfera
con carga y un solventecomo un continuo sin
estructura

Interacciones ión - solvente
Born hizo un ‘experimento pensado’
(Gedankenversuch) consistente en introducir el
ión en el solvente, calculando las interacciones
por medio de las leyes de la Electrostática.
Con la expresión resultante, calculó la entalpía
de disolución del NaCl en agua. Obtuvo un
error de aprox. 40% comparado con
experimentos (calorimetría).Interacciones ión - solvente
Luego supuso estructura en el solvente
(agua).
Primero lo visualizó como un dipolo. Al
recalcular obtuvo un error del 20%.
Finalmente, supuso que el agua era un
cuadripolo y el error bajó al 10%.

Interacciones ión-solvente
Conclusión: mientras más estructura
suponemos en el solvente, menor es el error.
En la actualidad, los modelos son analíticos,
incluyen mucha estructuray muchas interacciones, lo que implica mucho tiempo de
CPU.
El error puede hacerse tan pequeño como se
desee a un costo computacional.

Interacciones ión - ión
La teoría clásica de las interacciones ión – ión es la de
Debye-Hückel.
Considera un ión de carga positiva (+1) rodeado de
una nube de carga negativa (-1)

Teoría de Debye-Hückel
Introduce tres conceptos:
- Nube de carga
- Fuerza iónica(I)
- Coeficiente de actividad iónico
medio ( )

Fuerza iónica (I)

1
2
I  cjzj
2
I = fuerza iónica, mol/L
c = concentración, mol/L
z = número de carga

Coeficiente de actividad iónico
medio ( )

log   A z  z  I

1/ 2

A = constante  0.5
z+ , z- = números de carga, catión y anión
I = fuerza iónica, mol/L
Válida hasta 0.01 M (soluciones diluídas)

Ecuación corregida parainteracciones ión - ión

log  

A z z I
1  Ba I

1/ 2

1/ 2

B = constante  0.33 10-8
a = similar a radio iónico, Å
Válida hasta 0.1 M, pero soluciones
industrales tienen C > 2 M !

Ecuación extendida de DebyeHückel para interacciones ión - ión

log  

A z z I
1  Ba I

1/ 2

1/ 2

 B I

B = constante B-dot (B-punto); su valor
depende del sistema estudiado

Válida para solucionesconcentradas.

Electródica
La Electródica (2o. tomo de Bockris & Reddy),
a su vez, se divide en:

- Termodinámica electro química
- Cinética electro química
En este curso nos concentraremos en la Cinética

Electro química.

Pero antes, haremos un repaso de algunos
conceptos de Termodinámica.

Termodinámica
electro química

Ecuación de Nernst
(sólo para sistemas en equilibrio)

aox
RT
Ee  E 
ln
zFared
0

Ee = potencial de equilibrio, V
E0 = potencial estándar de equilibrio,V
aox = actividad de la especie oxidada (A)
ared = actividad de la especie reducida (D)

Diagramas de Pourbaix:
una aplicación de la ecuación
de Nernst

Son diagramas Eh – pH que permiten determinar
zonas de estabilidad de metales, iones y
compuestos sólidos en sistemas EN EQUILIBRIO

Diagramas de Pourbaix
Tienen tres...