electroquímica elemental

7/17/2019 Electroqumica Elemental

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Conceptos Elementale

De ElectroqumicaOlga P. MrquezJairo Mrquez P.

2015Parte I


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Simn Rodrguez(1769 1854)

Pionero de la Eduain Po!ular "#rtia


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Energa $umia Energa el%tria

Electroqumica

Si &e !rodue una di'erenia

de !otenial el%trio omoon&euenia de una

reain $umia tenemo&una elda gal*nia

Si una reain $umia e&

!rooada omo on&euenia dela a!liain e+terna de

una di'erenia de !otenial tenemo& una elda eletroltia


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Celda Galvnica,+idain- E& la reain $ue inolura !%rdida de eletrone& " ourre en el *nodo

Reduin- E& la reain $ue inolura ganania de eletrone& " ourre en el *todo

Reain andia-

Reain

Reain total de la elda-

Re!re&entain de la elda-

atdia-


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.a& reaione& $umia& $ue &u'ren tran&'erenia de eletrone&entre la& e&!eie& !re&ente& &e denominan reaione& de +ido/Reduin o Reaione& Redo+

0gente o+idante- E& el re&!on&ale de $ue ourra una o+idain!or on&iguiente %l S23RE 20 RE2##I

0gente redutor- E& el re&!on&ale de $ue ourra una reduin!or on&iguiente %l S23RE 20 ,I0#I

e/

e/

e/

e/

0gente,+idante

0genteRedutor

,+idado

Reduido

0

0

Reacciones Redox


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Oxidacin

Reduccin

(No cambia)

Eem!lo


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E&tado deo+idain

:ru!o 'unional ";o eem!lo&

4/ Alcanos

? cidos carboxlicos, Amidas, cloroformo

?4 dixido de carbono, tetraclorometano

Reacciones Redox ornicas

E& mu" om!liado determinar el n@mero de o+idain de adaarono en la mol%ula org*niaA Por ello &e toman otro&riterio&


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Reacciones Redox ornicas#riterio& &ugerido&-

!ol"cula ornica

? O#

!ol"cula ornicaoxidada

!ol"cula ornica

?$#

!ol"cula ornicareducida


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.o $ue &e e&tila e& Baer un e&tudio de ada a&o en !artiularaun$ue &e !uede Baer alguna& generalizaione&-

.o& al$ueno& lo& al$uino& " alguno& Bidroaruro& arom*tio&&e Bidrogenan (reduen) en !re&enia de un atalizador-

Cidrogenain de Bidroaruro&



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.o& al$ueno& &on &en&ile& a o+idante& omo el Dn=4 " elD


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(%uede ocurrir por &idroenacin cataltica o por reduccinmediante &idruros)

,+idain de 'unione& o+igenada&

Reduin de 'unione& o+igenada&

'lco&olesOxidacin'lde&dos oCetonas

OxidacincidosOxidacin CO#

cidos carboxlicos ('C)

Derivados de 'C

Reduccin

'lde&dos

cidos

'lde&dos

Cetonas

Reduccin 'lco&oles

utiliando aentes oxidantes)



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#omu&tin*a combustin tambi"n es una reaccin redox donde el

aente oxidante es el O#

+odos los carbonos ornicos, al quemarsepasan a CO#

n una combustin completa-

+odos los &idrenos pasan a $#O

neral, la combustin de &idrocarburos se expresa co

O#

O#

C$.CO#

$#O

$#O

Combustin

Calor



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ElectrodosSon materiale& ondutore& o &emiondutore& de laeletriidad $ue !ermiten $ue ourra una tran&'erenia deeletrone& en &u inter'az uando e&t*n &umergido& en unmedio eletroltio

Fnodo #*todo

El electrodo delcual salen

los electrones dela celda 0 ocurre la

oxidacin

El electrodo al cualentran

los electrones dela celda 0 ocurre la

reduccin#ada eletrodo !uede onertir&e en *nodo o *todode!endiendo de la di'erenia de !otenial $ue &e a!li$ue a laelda " de la naturaleza del medio eletroltio


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CeldasElectrolticasSon di&!o&itio& utilizado& !ara !rooar la reain de

e&!eie& eletroatia& mediante la a!liain de un am!oel%trio en !re&enia de &u&tania& ionizada& denominada&eletrolito&A .o& eletrolito& !ueden &er *ido& a&e& o &ale&A


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Potencial estndar de reduccinPotenial e&t*ndar de una elda E= e& el !otenial originado uandotoda& la& e&!eie& &e enuentran !re&ente& en la& ondiione&

e&t*ndar termodin*mia& e& deir onentraione& 1 !ara lo&&oluto& en &oluin " 1atm !ara lo& ga&e& "


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Potencial de la celda

#omo la elda e&t* 'ormada !or el en&amlae de do&

&emielda& donde ourren la& &emirreaione& de o+idain

" reduin el !otenial total de la elda e& la &uma

algeraia de lo& !oteniale& de la& &emirreaione&A

12 3,456 712 3,6. 7

1 2 8,836 7


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Espontaneidad de una reaccinElectroqumica

En eneral, cuando evaluamos si una reaccin qumicapuede tener luar, nos re9erimos a un aspectotermodinmico- concretamente, a la variacin deenera libre de Gibbs entre reactivos 0 productos:

Reaccin espontnea

G

Reaccin no espontnea

G

troqumica, el cambio de enera libre del sistema se expresa

G 2 ;n < 1la reaccin sea espontnea, el potencial 1 , de la celda debe s

= l


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E=emplo-

do las siuientes semirreacciones, escribir la reaccin espont

Respuesta-.a& do& euaione& &on de reduin de manera $ue Ba" $ue inertiruna !ara tener el !ar redo+-

(a) >nvertiremos la primera-

6

(b) >nvertiremos la seunda-


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Es el proceso por el cual la

aplicacin de enera el"ctrica enun sistema, oriina un cambioqumico: *os potenciales redox delos componentes del sistema,

permiten predecir las reacciones delos electrodos: Es decir, nossuministra in9ormacin cualitativa

Electrlisis

*os potenciales de oxidacin o de reduccin delos componentes del sistema, para poder predecirlas reacciones que ocurren sobre los electrodos:

*as ecuaciones de xido;reduccin balanceadas

?@u" necesitamos saber antesde correr una electrlisisA


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'plicaciones industrialesde la Electrlisis

lantas de reduccin de aluminio, litio, sodio, potasio 0 manesio

%lanta de Clorosoda- produccin de &idrxido de sodio 0 Cloro

roduccin de cido clor&drico, clorato de sodio 0 clorato de potasio

duccin de &idreno, el cual es un material estrat"ico para enera

Electrometaluria para preparar aceros o puriBcar metales

nodiacin 0 alvanoplastia para proteer metales de la corrosin


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@mero de 0ogadroEs el nmero de partculas elementales(usualmente tomos o mol"culas) en un mol de una sustanciacualquiera: Su dimen&in e& mol/1" &u alor e& 6=


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Pe&o e$uialente

%ara un elemento-

%ara un cido-

%ara una base-

%ara un xido-

%ara una sal-

%ara una reaccin redox-

0lguno& one!to& nee&ario& !ara realizar eletrli&i&


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El !rimer one!to laro aera de la naturaleza del

!roe&o eletroltio !roiene de un traao de3arada"-


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#antidad de eletriidad

*a unidad comn de la electricidad es el

coulombio-

Es la cantidad de electricidad que pasa

cuando u0e 8 'mperio durante 8 seundo a

lo laro del material conductor

Tiempo (s)

Conductor(de resistencia R)

0 1

Corriente

De acuerdo a la le0 de O&m-

*a cara, @, que pasa por el

conductordurante un tiempodeterminado ser-

i consideramos la cara que pasadurante 8 s-


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*a constante de


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*e0es de


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Jerera le" de 3arada"

.a ma&a (m) de un elemento de!o&itado en una elda eletro$umiade!ende de la antidad total de eletriidad ($) $ue irule !or ella " e&!ro!orional a %&taA

Resumiendo las 6 le0es-

Segunda .e" de 3arada".o& !e&o& de &u&tania& di'erente& !roduida& !or la mi&ma antidad deeletriidad &on !ro!orionale& a lo& !e&o& e$uialente& de la& mi&ma&AE&to e&- .a& ma&a& de dier&o& elemento& de!o&itado& en un mi&moiruito &on diretamente !ro!orionale& a &u& !e&o& atmio& einer&amente !ro!orionale& a &u e&tado de o+idainA


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e realia la electrlisis de una solucin de tricloruro de&ierro ), pasando una corriente de 83 ' durante 6&oras: Calcular la cantidad de &ierro depositado en el

ctodo:

'e%plo&

primero que &a0 que &acer es plantear la semirreaccin balanceada-

bemos que la masa atmica del )ees- HH,.4 Imol

ste caso sabemos que la valencia del )ees 6, lo que indica que P'es-

'plicando la primera le0 de


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Reacciones Redox

Jairo Mrquez P.Olga P. Mrquez

2015Parte II


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RE'CC>ONE REDOJ

Estados de Oxidacin- Carga neta en un

tomo1)El estado de oxidacin de todos los

elementos en cualquier forma alotrpica escero

2) El estado de oxidacin del oxgeno en todossus compuestos es 2!" excepto en perxidos(#202" $a202)

%)El estado de oxidacin del &idrgeno es 1'

en todos sus compuestos excepto en &idruros(1!)" unin con metales) lcalinos 1'" lcalinot*rreos 2'" +++,

-)#algenos 1! excepto cuando unido a

oxgeno


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!K+ODO DE L'*'NCEO REDOJ-

*anteo

Nmero de oxidacin Cambio de valencia

+on electrn !"todo de emirreacciones

PRO,'-+M+'*O P/R/ '# M*O-O -'


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PRO,'-+M+'*O P/R/ '# M*O-O -'/#/,'O R'-O(Nmero de Oxidacin o

cambio de valencia)

8:; 7eriBcar que la ecuacin est" bien escrita 0 completa#:; Colocar los nmeros de oxidacin en cada uno de loselementos

6:; Observar que nmeros de oxidacin cambiaron (unelemento

se oxida 0 uno se reduce).:; Escribir la di9erencia de nmeros de oxidacin de unmismo elemento

H:; !ultiplicar la di9erencia de nmeros de oxidacin por

los subndicescorrespondientes de cada elemento

5:; Lalancear caras 0 cruar los resultados

4:; Colocar los resultados como coeBcientes en el luar

correspondiente

m ! er car que a ecuac n es en escr a


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m ,! er car que a ecuac n es en escr a4 completa,

Colocar los n5meros de oxidacin en cada uno de loselementos,

Observar que nmeros de oxidacin cambiaron (un elementose oxida y uno se reduce).

Multiplicar la diferencia de nmeros de oxidacin por lossubndices correspondientes de cada elemento.

Cruzar los resultados y Colocar los resultados como coeficientes en el


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Cruzar los resultados y Colocar los resultados como coeficientes en elluar correspondiente.

Completar el balanceo por tanteo.

!n caso de que todos los coeficientes sean divisibles se reducena su mnima expresin.

Em 26 Escriir la ecuacin qumica6 7n/2'#Cl 89


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Em 26 Escriir la ecuacin qumica6 7n/2'#Cl 97nCl2'#2/'Cl2

signar el n5mero de oxidacin a cada elemento6

7n'/2!2' #'1Cl!189 7n'2Cl2!1'#2'1/!2' Cl20

7ultiplicar la diferencia de n5meros de oxidacin por los sundicescorrespondientes de cada elemento,

7n6 2x1 7n'::!97n2'

Cl6 1x2 2Cl! :::9 Cl20

Como los productos anteriores son iguales no es necesariomultiplicar en cru;,


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Ejm 3 Dn,4 a


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PRO,'-+M+'*O P/R/ '# M*O-O -' /#/,'OR'-O

(ion electrn;media reaccin)

8: i la ecuacin est en 9orma molecular pasarla a 9orma inica:'qu &a0 que tener en cuenta que los elementos libres, losxidos, el $#O0 el $#O#no se disocian, slo se disocian loselectrolitos (cidos, bases 0 sales)

#: e escribe por separado el esqueleto de las ecuaciones inicasparciales del aente oxidante 0 el aente reductor

6: e balancea por tanteo los tomos distintos de $ 0 O.: >ualar los tomos de oxenos areando mol"culas de $#O

H: >ualar los tomos de &idrenos $M(iones &idrenos) donde9alta &idreno:

5: Contar la cara total en ambos lados de cada ecuacin parcial 0

arear e; en el miembro deBciente en cara neativa (;) o quetena exceso de cara positiva (M)

4: >ualar el nmero de e; perdidos por el aente reductor, con lose; anados por el aente oxidante, multiplicando lasecuaciones parciales por los nmero mnimos necesario para

esto

Em6 Escriir la ecuacin qumica6 !nO#M$Cl !nCl#M$#OMCl#


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q # # # #1,!Escriir ecuacin en forma inica

7n/2' #' Cl!89 7n'2Cl2!1 ' #2/ ' Cl2

24%,! M < Cl S QCl M


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El Cl presente en el clorato de potasio pasa de -' a 1!, El Depasa de 2' a %'as disociaciones de los compuestos que inter=ienen en lareaccin son6QClO6S22 QMM ClO6; $Cl S22 $MM Cl;


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E=m Especial- C5$HC$O M Cr#O4;# PC5$HCOO$ M CrM6

C.#-C#/ F C.#-C//#Cr2/A2! F 2Cr%'

C.#-C#/ ' #2/ F C.#-C//# ' 2#'

C.#-C#/ ' #2/ F C.#-C//# ' 2#' ' 2e!

1#' ' Cr2/A2! F 2Cr%' ' A#2/

.e!

' 1#'

' Cr2/A2!

F 2Cr%'

' A#2/

C.#-C#/ ' #2/ F C.#-C//# ' 2#' ' 2e!.e! ' 1#' ' Cr2/A2! F 2Cr%' ' A#2/

%x C # C#/ ' # / F C # C//# ' 2#' ' 2e!

Lalancear


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Lalancear1)>or tanteo

a)#2/2

!

) a) De2'' 7n/!' #' F 7n'2' De'% '#2/

) H2Cr2/A'


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IRCG

electroquímica elemental

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