Celdas Electroquimica

INTRODUCCION

Ante los problemas de contaminación que se están presentando actualmente como la contaminación de agua o suelo se están tomando los principios de la electroquímica para crear sistemas que puedan solucionar estos problemas.

La electroquímica aporta herramientas para estudiar, controlar, mitigar, o tratar residuos industriales. El estudio y control está relacionado con las posibilidades que brinda el electroanálisis. También es posible emplear técnicas electroquímicas para reducir, transformar o incluso eliminar residuos tóxicos. Debido a que los tratamientos electroquímicos implican una etapa de electrólisis, estos se pueden agrupar en función del tipo de eliminación que se produce.

OBJETIVO

- Explicar qué son las celdas electroquímicas

- Aprender las aplicaciones de la electroquímica en la remediación ambiental y como se utiliza.

FUNDAMENTACION

Electroquímica

La electroquímica estudia los procesos en los que la energía química se transforma en energía eléctrica o viceversa que producen una corriente eléctrica y la generación de electricidad mediante reacciones químicas así como los efectos de la corriente eléctrica en los compuestos químicos. Un ejemplo del primer caso es la producción de electricidad por medio de pilas, y del segundo, la descomposición de los metales por medio de la electrólisis.

Es por ello, que el campo de la electroquímica ha sido dividido en dos grandes secciones. La primera de ellas es la Electrólisis, esta se refiere a las reacciones químicas que se producen por acción de una corriente eléctrica y la segunda galvánica o voltaica que se refiere a aquellas reacciones químicas que generan una corriente eléctrica.

Tipos de celdas

Celdas electrolíticas: son aquellas en las cuales la energía eléctrica procede de una fuente externa provocando reacciones químicas no espontáneas generando un proceso denominado electrólisis; estas necesitan de energía para poder funcionar. Las celdas electrolíticas constan de un recipiente para el material de reacción, dos electrodos sumergidos dentro de dicho material y conectados a una fuente de corriente directa.

Celdas voltaicas o galvánicas: son celdas electroquímicas en las cuales las reacciones espontáneas de óxido-reducción producen energía eléctrica. Las dos mitades de la reacción de óxido reducción, se encuentran separadas, por lo que la transferencia de electrones debe efectuarse a través de un circuito externo.

La celda electroquímica es un dispositivo experimental para generar electricidad mediante una reacción redox espontánea en donde la sustancia oxidante está separada de la reductora de manera que los electrones deben atravesar un alambre de la sustancia reductora hacia la oxidante.

En una celda el agente reductor pierde electrones por tanto se oxida. El electrodo en donde se verifica la oxidación se llama ánodo. En el otro electrodo la sustancia oxidante gana electrones y por tanto se reduce. El electrodo en que se verifica la reducción se llama cátodo.

La corriente eléctrica fluye del ánodo al cátodo porque hay una diferencia de energía potencial entre los electrodos. La diferencia de potencial eléctrico entre el ánodo y el cátodo se mide en forma experimental con un voltímetro, donde la lectura es el voltaje de la celda.

Tipos de celdas Electroquimicas

Acumulador de plomo

En este tipo de celda la sustancia reductora es el plomo metálico, Pb, y la sustancia oxidante el óxido de plomo (IV), PbO ; el ácido sulfúrico, H SO

Aporta los iones H necesarios para la reacción ; también aporta iones SO que reaccionan con Pb para formar PbSO sólido.

En esta celda el ánodo es plomo metálico, el cual se oxida. En la reacción de la celda los átomos de plomo pierden dos electrones para formar Pb que se combina con los iones SO presentes en la solución formando PbSO sólido.

El cátodo de esta batería tiene óxido de plomo(IV) que recubre rejillas de plomo. Los átomos de plomo en el estado de oxidación +4 de PbO aceptan dos electrones cada uno y forman iones Pb que también dan lugar a PbSO sólido.

En la celda el ánodo y el cátodo se encuentran separados y están cubiertoscon ácido sulfúrico. Las semirreacciones que se producen en ambos electrodos y la reacción total de la celda se dan a cantinuación:

- REACCIÓN DEL ÁNODO Pb + H SO !PbSO + 2H + 2e (oxidación)

- REACCIÓN DEL CÁTODO PbO + H SO + 2e + 2H ! PbSO + 2H O (reducción)

- REACCIÓN TOTAL Pb(s) + PbO (s) + 2H SO (aq) ! 2PbSO (s) + 2H O (I)

La tendencia de los electrones a fluir del ánodo al cátodo en la batería depende de la capacidad del agente reductor para liberar electrones y la capacidad del agente oxidante para capturarlos. Si la batería está formada por una sustancia oxidante con alta afinidad

electrónica, los electrones viajan a través del alambre conector con gran fuerza y proporcionan considerable energía eléctrica. La presión sobre los electrones al fluir de un electrodo a otro en la batería se conoce como el potencial de la misma y se mide en voltios.

APLICACIÓN EN LA INGENIERIA AMBIENTAL

Remediación Ambiental

La remediación ambiental implica proporcionar una solución para un problema ambiental y poder recuperar el sistema degradado donde se puede incluir la eliminación de contaminantes de aguas subterráneas, la limpieza después de un derrame de petróleo, entre otros.

El principal objetivo de la remediación ambiental es la restauración de sitios contaminados o recursos a un nivel que sea seguro para humanos y animales. Dependiendo del tipo de daño que se hace la recuperación del sistema puede ser un proceso complejo y costoso cuya magnitud depende fundamentalmente de lo siguiente:

- Características del sitio

- Aspectos legales y normativos

- Disponibilidad de tecnologías adecuadas para tratar el problema

Existen diversas tecnologías de recuperación del empleo en todo el mundo. Dado que la remediación ambiental a menudo es más costosa si se produce por contaminación,

Tipos de remediación ambiental:

La remediación de un sitio contaminado depende del volumen de terreno comprometido y se puede realizar de dos formas:

Tratamiento in situ: Se realiza en el mismo sitio empleando alguna técnica de descontaminación con el fin de devolver al terreno las características que tenía antes de la degradación.

Tratamiento ex situ: Se realiza removiendo el terreno para tratarlo externamente o eliminarlo en alguna instalación de eliminación adecuada.

Aplicaciones de la electroquímica

Existen varias

...