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Resumen Electroquímica
Resumen de la clase anterior
ÓXIDO
REDUCCIÓN
Equilibrio
· Igualación E.D.O
· Ion-electrón
Agente
reductor
Transferencia de
electrones
Oxidación Agente
oxidante
Reducción
Cede e- Capta e-
Aprendizajes esperados
• Distinguir entre celdas galvánicas y electrolíticas.
• Describir los potenciales normales de reducción.
Páginas del libro
desde la 76 a la 78.
1. Electroquímica
2. Electrólisis
3. Celda galvánica
4. Potenciales estándares de electrodo
1. Electroquímica
Rama de la química que estudia la interrelación de los
fenómenos químicos y eléctricos.
Energía
química
Energía
eléctrica
Interconversión
• Celda galvánica → Se aprovecha la energía producto de una reacción química
para generar energía eléctrica. Se tiene una reacción química espontánea.
energía química → energía eléctrica
• Celda electrolítica → Se requiere energía eléctrica para realizar una reacción
química. Se tiene una reacción química no espontánea.
energía eléctrica → energía química
1. Electroquímica
Todo proceso electroquímico implica transferencia de electrones, por lo
que se tienen reacciones de óxido-reducción.
Un átomo de Zn
transfiere electrones a
un ión de Cu2+, por lo que
Zn se oxida y Cu2+ se
reduce.
Átomos de cobre quedan
depositados sobre la superficie
de la lamina de Zn y los iones en
disolución.
1. Electroquímica
¿Qué ocurrirá si en el caso anterior se separa
físicamente el oxidante del reductor?
Los electrones podrían
ser forzados a pasar por
un conductor.
Flujo de electrones
Corriente
eléctrica
2. Electrólisis
Hay reacciones redox que solo tienen lugar si se les suministra
energía por medio de una corriente eléctrica aplicada desde el exterior.
Este proceso recibe el nombre de electrólisis. La electrólisis se realiza en
las cubas o celdas electrolíticas, que son unos depósitos que contienen
el electrólito disuelto o fundido y dos electrodos.
Cátodo
Ocurre la
reducción
Polo negativo
Se descargan
los cationes
Ánodo
Ocurre la
oxidación
Polo positivo
Se descargan
los aniones
3. Celda galvánica
Las celdas voltaicas o galvánicas son celdas electroquímicas en las que
tiene lugar espontáneamente un proceso de oxidación-reducción que
produce energía eléctrica.
El flujo de electrones
pasa a través del
denominado puente
salino. Este es un tubo
en forma de U que
contiene una disolución
concentrada de
electrolito inerte
respecto al proceso
redox.
El puente salino cumple tres funciones:
• Permite el contacto eléctrico entre las disoluciones.
• Impide que se mezclen las disoluciones.
• Mantiene la neutralidad eléctrica en cada pila.
Cátodo Ánodo
Ocurre la
reducción Ocurre la
oxidación
El flujo de electrones va desde el ánodo
(oxidación) al cátodo (reducción).
Polo positivo Polo negativo
Como hay flujo de electrones, debe existir una
diferencia de potencial.
Mayor
Potencial
Menor
Potencial
e-
3. Celda galvánica
Ánodo → Zinc
Cátodo → Carbono-MnO2
Pila común
(Leclanché)
3. Celda galvánica
3.1 Pilas
Corresponde al uso más frecuente asociado a las celdas galvánicas.
• Primera pila portátil comercial
• Electrolito de NH4Cl y ZnCl2
2+
2 4 2 3 3 2
Ánodo: Zn(s) Zn (ac) + 2e
Cátodo: 2MnO (s) + 2NH (ac) + 2e Mn O (s) + 2NH (ac) + H O( )l
Ánodo → Zinc
Cátodo → MnO2
Pila alcalina
3. Celda galvánica
3.1 Pilas
• Pilas eléctricas desechables, tienen una
vida útil mayor que las Leclanché.
• Electrolito de KOH.
• Mejor conductividad de los electrones y
más resistente a la corrosión.
2
2 2 2 3
Ánodo: Zn(s) + 2OH ( ) ZnO (s) + H O (l) + 2e
Cátodo: 2MnO (s) + H O (l) + 2e Mn O (s) + 2OH (ac)
ac
3. Celda galvánica
3.1 Pilas
2
2
Ánodo: Zn(s) + 2OH ( ) ZnO (s) + H O (l) + 2e
Cátodo: HgO (s) + H O (l) + 2e Hg (l) + 2OH (ac)
ac
Pila de mercurio
• Pilas muy tóxicas y perjudiciales
para el medio ambiente.
• Electrolito de KOH.
• Se utilizan como celdas de
referencia para comparar con las
demás pilas
Ánodo → Zinc
Cátodo → Óxido de mercurio (II) (HgO)
La diferencia de potencial entre los electrodos de una pila, Epila, se
denomina fuerza electromotriz (fem) y se mide en voltios (V).
0 0 0
oxidación reducciónΔE = E + EFuerza electromotriz
(fem)
El voltaje de una celda depende no solo de la naturaleza de los
electrodos y de los iones, sino también de sus concentraciones y
de la temperatura a la cual funciona la celda.
4. Potenciales estándares de electrodo
4. Potenciales estándares de electrodo
Un electrodo sumergido en una
disolución 1M de sus iones se
denomina electrodo normal, y
cuando se habla de potencial
estándar se considera respecto al
potencial normal del electrodo de
hidrógeno (1M, 1 atm, 25 °C).
4.1 Electrodo normal de hidrógeno
Para construir la escala de potenciales relativos se toma como electrodo
de referencia el electrodo estándar de hidrógeno (EEH). A este electrodo
se le asigna un potencial de 0 voltios.
+ -
2
+ -
2
H 2H + 2e 0,000 V ánodo (-): oxidación
2H + 2e H 0,000V cátodo (+): reducción
4. Potenciales estándares de electrodo
4.2 Potencial de reducción
E0 es el potencial estándar de reducción, o el voltaje en un electrodo
asociado con una reacción de reducción cuando todos los solutos son 1M
y todos los gases están a 1 atm.
Por ejemplo:
Electrodo de Zn es el ánodo
(oxidación) y el EEH es el
cátodo (reducción).
2+ -
+ -
2
+ 2+
2
Zn (s) Zn (1M) + 2e
2H (1M) + 2e H (1atm)
Zn (s) + 2H (1M) Zn (1M) + H (1atm)
4. Potenciales estándares de electrodo
4.2 Potencial de reducción
La fem estándar de la celda, E°celda, está dada por:
° ° °
celda cátodo ánodoE = E - E
Donde E°cátodo y E°
ánodo son los potenciales estándar de reducción de los
electrodos.
22
2+
2+
° ° °
celda / /
°
Zn /Zn
°
Zn /Zn
E = E - E
0,76 V = 0 - E
E = - 0,76 V
H H Zn Zn
4. Potenciales estándares de electrodo
4.2 Potencial de reducción
4. Potenciales estándares de electrodo
4.3 Espontaneidad de las reacciones redox
Los dos aspectos que hay que considerar para determinar la evolución de
un proceso redox son los siguientes:
2H+ + 2e- H2 E°(red) = 0 V
Valor máximo: E° (red) = +3V
Valor mínimo: E° (red) = -3V
Aumenta la
tendencia a
reducirse
Aumenta la
tendencia a
oxidarse
1. La semirreación que tenga un mayor potencial de reducción transcurrirá
en ese sentido, es decir, se producirá la reducción, mientras que la otra se
producirá en el sentido inverso, es decir, la oxidación.
4. Potenciales estándares de electrodo
4.3 Espontaneidad de las reacciones redox
2. Mediante las relaciones que se establecen entre E°pila, ∆G° y K, se pueden
establecer los criterios que quedan resumidos en el siguiente esquema:
∆G° K E° ESPONTANEIDAD
<0 >1 >0 Proceso espontáneo en el sentido
dado.
0 1 0 Estado de equilibrio.
>0 <1 <0 Proceso no espontáneo, siendo
espontáneo el proceso inverso.
Síntesis de la clase
ELECTROQUÍMICA
Celda electrolítica Celda galvánica
∆G ∆E°
(-) (+)
∆G ∆E°
(+) (-)
Espontánea No espontánea