Electroquimica

1. Objetivo.

El alumno aplicara los conocimientos de electroquímica, para obtener un electrodepósito, con los materiales proporcionados en el laboratorio de química.

2. Consideraciones Teóricas.

Electroquímica es una rama de la química que estudia la transformación entre la energía eléctrica y la energía química. En otras palabras, las reacciones químicas que se dan en la interface de un conductor eléctrico (llamado electrodo, que puede ser un metal o un semiconductor) y un conductor iónico (el electrolito) pudiendo ser una disolución y en algunos casos especiales, un sólido.

Si una reacción química es conducida mediante una diferencia de potencial aplicada externamente, se hace referencia a una electrólisis. En cambio, si la caída de potencial eléctrico es creada como consecuencia de la reacción química, se conoce como un "acumulador de energía eléctrica", también llamado batería o celda galvánica.

Las reacciones químicas donde se produce una transferencia de electrones entre moléculas se conocen como reacciones redox, y su importancia en la electroquímica es vital, pues mediante este tipo de reacciones se llevan a cabo los procesos que generan electricidad.

Celdas Galvánicas.

El nombre de estas celdas se les dio en honor de las aportaciones de dos físicos italianos para su desarrollo básico, el conde Alessandro Volta (1745 – 1827) y Luigi Galvani (1737 – 1798).

Una celda electroquímica es un sistema que consiste en electrodos que se humedecen en un electrolito y en los cuales una reacción química utiliza o produce una corriente eléctrica. Una celda voltaica o galvánica es una celda electroquímica en la cual una reacción espontanea genera una corriente eléctrica. Una celda electrolítica es una celda electroquímica en la cual una corriente eléctrica dirige una reacción que de otra forma sería no espontánea.

Celdas electrolíticas.

Estas celdas utilizan energía eléctrica para producir ciertas reacciones químicas que de otra manera no ocurrirían a una velocidad apreciable.

La electricidad es el flujo de electrones y la fuente de corriente directa que remueve electrones de un electrodo y los empuja hacia el otro. En el proceso un electrodo se carga negativamente y se llama cátodo. Los iones positivos de electrolito (X1+) migran hacia el cátodo y aceptan electrones de él. Así, la reducción ocurre en el cátodo (X1+ + e- → X0). El otro electrodo que adquiere carga positiva por la acción de la corriente directa se conoce como ánodo. Los iones negativos del electrolito (Y1-) migran hacia este ánodo y le transfieren electrones, con esto se completa el circuito eléctrico. Por lo tanto, la oxidación ocurre en el ánodo (Y1 → Y0 + e-)

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Potenciales estándar de reducción

Es posible calcular el potencial estándar de reducción de una celda determinada comparando con un electrodo de referencia. Básicamente el cálculo relaciona el potencial de reducción con la redox. Arbitrariamente se le asignó el valor cero al electrodo de Hidrógeno, cuando se encuentra en condiciones estándar. En dicho electrodo ocurre la siguiente reacción:

La reacción se lleva a cabo burbujeando gas hidrógeno en una disolución de HCl, sobre un electrodo de Platino. Las condiciones de este experimento se denominan estándar cuando la presión de los gases involucrados es igual a 1 atm., trabajando a una temperatura de 25 °C y las concentraciones de las disoluciones involucradas son igual a 1M. En este caso se denota que:

Este electrodo también se conoce como electrodo estándar de hidrógeno (EEH) y puede ser conectado a otra celda electroquímica de interés para calcular su potencial de reducción. La polaridad del potencial estándar del electrodo determina si el mismo se está reduciendo u oxidando con respecto al EEH. Cuando se efectúa la medición del potencial de la celda:

• Si el electrodo tiene un potencial positivo significa que se está reduciendo indicando que el EEH está actuando como el ánodo en la celda (Por ejemplo: el Cu en disolución acuosa de CuSO4 con un potencial estándar de reducción de 0,337V)

• Si el electrodo tiene un potencial Negativo significa que se está oxidando indicando que el EEH está actuando como el Cátodo en la celda (Por ejemplo: el Zn en disolución acuosa de ZnSO4 con un potencial estándar de reducción de -0,763 V)

1. Electrodo de Platino.

2. Gas Hidrógeno.

3. Solución de HCl (1M).

4. Sifón para prevenir la contaminación de oxígeno.

5. Conector donde el segundo elemento de la celda debería ser conectado.

3. Materiales y Reactivos.

Materiales.

• 1 Celda de acrílico transparente.

• 1 Ánodo de Níquel.

• 3 Cátodos de Cobre.

• Material poroso.

• 1 Amperímetro de 0 a 3 Amperes.

• 1 Fuente de poder de 0 a 20 Volts.

• 2 Pares de Conexiones con caimanes.

• 1 Mechero

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