Aplicaciones de electroquímica en electrónica

Como punto de partida para la realización del trabajo experimental, se ha rediseñado y

actualizado un sistema automatizado para la medida de impedancias en celdas galvánicas,

potenciando sus características iniciales. También se han desarrollado dos aplicaciones, una

para el realizar la adquisición y control del sistema de medida y otra para analizar los datos

experimentales en base al circuito equivalente de Randles. Debido a la gran influencia de la

doble capa eléctrica en las reacciones electródicas, se ha investigado la estructura de la

interfase Hg-disolución acuosa de percloratos (Li+, Na+, Mg2+ y Al3+), a partir de una

magnitud termodinámica bien establecida, como son los excesos superficiales catiónicos de

carga. Para ello, se han empleado como herramienta de cálculo tanto la teoría de Gouy-

Chapman como UDCA (Unequal Distances of Closest Approach). La UDCA ha permitido

tanto describir cuantitativamente los excesos superficiales de los percloratos y cloruros a

valores de carga negativa sobre el metal, así como realizar una interpretación microscópica

de la interfase a partir de las distancias de máxima aproximación y los radios hidratados de

los iones. Estos percloratos se han empleado para analizar la influencia tanto de la

concentración como la carga de los cationes del electrólito presentes en la interfase, en la

reacción de reducción isotérmica (298 K) del Zn(II). Este estudio ha permitido describir el

comportamiento de las constantes de velocidad y comprobar el efecto de los coeficientes de

actividad individuales del Zn(II) en disolución, calculados empleando la teoría MSA (Mean

Spherical Approximatión). Con objeto de ampliar el conocimiento de las reacciones

electródicas, se ha analizado la influencia de la temperatura sobre las reacciones de

reducción del Cr(III) y Zn(II) en medio Na Cl O 4? acuoso. Así, en el primer caso se ha

verificado que la reacción transcurre por un mecanismo de esfera externa, mientras que en

el segundo caso se ha estudiado el efecto de la doble capa eléctrica sobre la entalpía de

activación y los coeficientes de transferencia del proceso. Por último y debido a la escasez

de datos bibliográficos disponibles, se ha propuesto un método que permite estimar e

interpolar coeficientes de actividad a distintas temperaturas para electrólitos de diversa

estequiometría, utilizando la MSA. El procedimiento se muestra como una alternativa

favorable al método de Pitzer debido al bajo número de parámetros empleados y a su clara

significación fisica.

Una aplicación industrial importante de la electrólisis es el horno eléctrico, que se utiliza

para fabricar aluminio, magnesio y sodio. En este horno, se calienta una carga de sales

metálicas hasta que se funde y se ioniza. A continuación, se obtiene el metal

electrolíticamente. Los métodos electrolíticos se utilizan también para refinar el plomo, el

estaño, el cobre, el oro y la plata. La ventaja de extraer o refinar metales por procesos

electrolíticos es que el metal depositado es de gran pureza. La galvanotecnia, otra

aplicación industrial electrolítica, se usa para depositar películas de metales preciosos en

metales base. También se utiliza para depositar metales y aleaciones en piezas metálicas

que precisen un recubrimiento resistente y duradero. La electroquímica ha avanzado

recientemente desarrollando nuevas técnicas para colocar capas de material sobre los

electrodos, aumentando así su eficacia y resistencia. Tras el descubrimiento de ciertos

polímeros que conducen la electricidad, es posible fabricar electrodos de polímeros.

Un área importante de la biofísica ha sido el estudio de la transmisión de información en

forma de impulsos en las células nerviosas de los organismos. Cada información se

transmite en la forma de fenómenos discretos, llamados potenciales de acción, y está

determinada por la frecuencia a la que son transmitidos y por las conexiones que cada

célula establece con sus vecinas. Por ejemplo, el biofísico británico Alan Lloyd Hodgkin y

el físico Andrew Fielding Huxley estudiaron las células nerviosas del calamar, cuyo gran

tamaño permite la colocación de varios electrodos directamente en el interior de las células.

Mediante una acertada combinación de la electroquímica, la electrónica moderna y los

modelos matemáticos, fueron capaces de demostrar que el potencial de acción estaba

producido por cambios selectivos en la permeabilidad de la membrana celular al sodio y al

potasio. Desde entonces, se ha aplicado esta técnica con leves modificaciones a otros

tejidos excitables, y en la actualidad constituye la base de todos los intentos de comprender

el funcionamiento del sistema nervioso.

Para producir un flujo de corriente en cualquier circuito eléctrico es necesaria una fuente de

fuerza electromotriz. Las fuentes disponibles son las siguientes: 1) máquinas electrostáticas,

que se basan en el principio de inducir cargas eléctricas por medios mecánicos; 2) máquinas

electromagnéticas, en las que se genera corriente desplazando mecánicamente un conductor

a través de un campo o campos magnéticos; 3) células voltaicas, que producen una fuerza

electromotriz a través de una acción electroquímica; 4) dispositivos que producen una

fuerza electromotriz a través de la acción del calor; 5) dispositivos que generan una fuerza

electromotriz por la acción de la luz; 6) dispositivos que producen una fuerza electromotriz

a partir de una presión física, como los cristales piezoeléctricos.

Los procesos electroquímicos de importancia comercial para la preparación de precursores

de ciertos productos farmacéuticos y perfumes se conocen desde hace ya varios años, pero

la producción de productos químicos en varios cientos de toneladas/año es bastante

reciente. Una de las primeras plantas grandes fue construida en 1937 para la manufactura

de sorbitol y manitol por reducción catódica de glucosa, pero en pocos años este proceso

fue reemplazado por el de hidrogenación catalítica a elevada presión. Recién en 1964 una

real preparación en gran escala fue puesta en funcionamiento en Nalco-tetraalquilplomo y

al año siguiente Monsanto comenzó el suceso más grande de la historia de los procesos

electroorgánicos industriales, la producción electrolítica de adiponitrilo. En plantas piloto o

en escala semicomercial han sido investigados varios procesos electroorgánicos que cubren

una amplia gama de tipos de reacciones: reducción de ácidos ftáticos a los correspondientes

ácidos dihidroftálicos ; benceno a 1,4-ciclohexadieno , naftaleno a dihidronaftaleno y el

acoplamiento reductivo de acetona a 2,3-dimetil-2,3-butanodiol (pinacolona). Los procesos

anódicos examinados al menos en plantas pilotos cubren entre otros: la oxidación de

propileno a óxido de propileno, la síntesis de Kolbe de sebacato de dimetilo a partir de

adipato de monometilo y la oxidación de 1,4-butinodiol a ácido acetileno dicarboxílico .

3M Company en Haastings, Minnesota ha practicado la fluoración electroquímica de

compuestos orgánicos desde 1951. Más de 40 procesos electroquímicos han sido

desarrollados por el Central Electrochemical Research Intitute (CECRI) en la India y

muchos de ellos han sido comercializados en escala relativamente pequeña. Algunos de

estos productos son: ácido p-amino benzoico, p-aminofenol, ácido p- nitrobenzoico, ácido

succínico, alcohol bencílico, benzaldehido, aldehido salicílico, bencidina y sacarina.