“AÑO DE LA INTEGRACIÓN NACIONAL Y

RECONOCIMIENTO DE NUESTRA

DIVERSIDAD”

UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLOGIA DEL

CONO SUR DE LIMA

(UNTECS)

DOCENTE:

Córdova Rojas Dante Luis

TEMA:

La Electroquímica en mi carrera

ALUMNO:

Rojas Gutiérrez Felipe Giraldo Meza luz Beni Copaiba Espilco Jhonathan

CARRERA:

Ing. Electrónica y Telecomunicaciones

CICLO : III

2012

Introducción

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.

La electroquímica en la actualidad tiene varias aplicaciones en la industria como los baños de cromado, la pintura de autos en las fábricas, las celdas fotovoltaicas que generan electricidad por acción de la luz solar, entre otros.

¿Como funciona?

Desde el punto de vista Fisicoquímico los conductores más importantes son los del tipo electrolíticos, es decir los electrolitos; estos se distinguen de los conductores electrónicos, como los metales por el hecho de que el paso de una corriente eléctrica va acompañada por el transporte de materia.

Cuando pasa una corriente eléctrica a través de un conductor electrolito, el transporte de materia se manifiesta en las discontinuidades del sistema. Por ej., si en una disolución acuosa diluida en un ácido se sumergen dos alambres, preferentemente de platino, unidos a los 2 polos de una batería voltaica que actúa como fuente de corriente, se desprenden en los alambres burbujas de hidrogeno y oxigeno respectivamente, si la disolución electrolítica contuviera una sal de cobre o plata se liberaría el metal correspondiente en lugar de hidrogeno. Los fenómenos asociados con la electrólisis fueron estudiados por Faraday y la nomenclatura que utilizó y que se emplea todavía fue ideada por Whewell.

Las celdas electroquímicas se usan principalmente con dos fines:

A. Convertir la energía química en eléctricaB. Convertir la energía eléctrica en química

En las pilas secas comunes y en el acumulador de plomo tenemos convertidores de energía química en eléctrica, mientras que en la carga de la batería de almacenamiento y en la purificación electrolítica del cobre se utiliza la energía eléctrica para realizar una acción química. Una celda es un dispositivo simple de dos electrodos y un electrolito capaz de dar electricidad por la acción química dentro de la celda, o de producir una acción química por el paso de electricidad a su través. Una batería, por otra parte, es una combinación de dos o mas celdas dispuestas en serie o en paralelo. Así el acumulador de plomo es una batería constituidas por tres celdas conectadas en serie.

Historia de la Electroquímica

Michael Faraday, Químico inglés considerado el fundador de la electroquímica actual.

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 o en caso contrario, son producidos como consecuencia de ella.

En general, la electroquímica se encarga de estudiar las situaciones donde se dan reacciones de oxidación y reducción encontrándose separadas, físicamente o temporalmente, se encuentran en un entorno conectado a un circuito eléctrico. Esto último es motivo de estudio de la química analítica, en una subdisciplina conocida como análisis potenciométrico.

Antes de FaradayLos antecedentes acerca del conocimiento de la electricidad en tératmosférica), Charles-Augustin de Coulomb (teoría de atracción electrostática) en 1781 y los estudios de Joseph Priestley en inglaterra, se logró pavimentar el camino para el nacimiento científico de la electroquímica.

Es, durante finales del siglo XVIII (Ilustración), el anatomista y médico italiano Luigi Galvani marcó el nacimiento de la electroquímica de forma científica al descubrir el fenómeno que ocurría, al pasar electricidad por las ancas de rana y nuevamente al

tocar ambos extremos de los nervios empleando el mismo escalpelo descargado. Dichas observaciones las publicó en su ensayo "De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius" (del Latín por, Comentario acerca del efecto de la electricidad en el movimiento muscular). Es de esta forma que en 1791 propuso la existencia de una sustancia "nervio-eléctrica" existente en toda forma de vida.

El físico Italia Alessandro Volta mostrando su "Pila" al emperador francés Napoleón Bonaparte en 1801.

Galvani pensó que esta nueva fuerza vital, era una nueva forma de generación de electricidad natural, además de las ya conocidas por el hombre como la existente en los truenos y relámpagos o en algunos animales como la anguila eléctrica o las rayas eléctricas.

Los aportes posteriores en la fabricación de la primera batería de la época moderna dada por Alessandro Volta permitieron que durante la revolución industrial, científicos connotados como William Nicholson y Johann Wilhelm Ritter fundaran la disciplina de la galvanoplastia. Años más tarde todo ello desembocaría en el descubrimiento de la termoelectricidad por Thomas Johann Seebeck.

En 1805 Brugnatelli utilizó el invento que cinco años antes realizó de su colega Alessandro Volta, la pila voltaica, para realizar la primera electrodeposición. Las invenciones de Brugnatelli fueron ignoradas por la Academia Francesa de Ciencias, y no se utilizaron en la industria durante los siguientes treinta años.En 1839, científicos de Gran Bretaña y Rusia, idearon de forma independiente procesos de deposición de cobre electrolítico para las planchas de imprenta similares al método de Brugnatelli.En la actualidad, la mayoría de las fuentes acreditan a Moritz Hermann Jacobi con inventor de la "galvanoplastia" o electrotipia en 1838. Jacobi era un científico prusiano que estaba trabajando en San Petersburgo, Rusia. Durante el siglo XIX a menudo se atribuyó a Thomas Spencer o C.J. Jordan la invención en Inglaterra, o Joseph Alexander Adams en los Estados Unidos. Heinrich hizo un relato detallado de las controversias en torno a la acreditación de la invención, junto con una breve biografía de Jacobi, en un artículo en honor al centenario de galvanoplastía en 1938.

Para mediados del siglo XIX, el modelamiento y estudio de la electroquímica, se vieron aclarados por Michael Faraday (leyes de la electrólisis) y John Daniell (pila dependiente solo de iones metálicos Zinc-Cobre). Hacia finales de siglo, dicha disciplina comenzó a influenciar campos tan importantes como las teorías de conductividad de electrolitos, presentado por Svante August Arrhenius y Friedrich Ostwald y subsecuentemente en el modelamiento matemático de las baterías por Walther Hermann Nernst.

A partir del siglo XX, la electroquímica permitió el descubrimiento de la carga del electrón por Millikan, y el establecimiento de la moderna teoría de ácidos y bases de Brønsted y Lowry, así como el estudio de disciplinas tan importantes como las áreas médicas y biológicas con la electroforesis, desarrollada por Arne Tiselius en 1937.

Principios de la electroquímica

Reacciones de Reducción-Oxidación

Las reacciones de reducción-oxidación son las reacciones de transferencia de electrones. Esta transferencia se produce entre un conjunto de elementos químicos, uno oxidante y uno reductor (una forma reducida y una forma oxidada respectivamente). En dichas reacciones la energía liberada de una reacción espontánea se convierte en electricidad o bien se puede aprovechar para inducir una reacción química no espontánea.

Balanceo de las ecuaciones Redox

Las reacciones electroquímicas se pueden balancear por el método ion-electrón donde la reacción global se divide en dos semirreacciones (una de oxidación y otra de reducción), se efectúa el balance de carga y elemento, agregando H+, OH−, H2O y/o electrones para compensar los cambios de oxidación. Antes de empezar a balancear se tiene que determinar en que medio ocurre la reacción, debido a que se procede de una manera en particular para cada medio.

Medio Ácido

Se explicará por medio de un ejemplo, cuando una sal magnésica reacciona con Bismutato de Sodio.El primer paso es escribir la reacción sin balancear:

Luego se divide en dos semirreacciones:

Cada semirreación se balancea de acuerdo con el número y tipo de átomos y cargas. Como estamos en medio ácido los iones H+ se agregan para balancear los átomos de H y se agrega H2O para balancear los átomos de O.

Finalmente se multiplica cada semirreacción por un factor para que se cancelen los electrones cuando se sumen ambas semireacciones.

Reacción Balanceada:

En algunos casos es necesario agregar contraiones para terminar de balancear la ecuación. Para este caso, si se conociera el anión de la sal magnésica, ese seria el contraión. Se agrega por igual de ambos lados de la ecuación lo necesario para terminar de balancearla.

Medio Alcalino

También se explicará por medio de un ejemplo, cuando el Permanganato de potasio reacciona con el Sulfito de sodio.El primer paso es escribir la reacción sin balancear:

Luego se divide en dos semirreacciones:

Cada semirreación se balancea de acuerdo con el número y tipo de átomos y cargas. Como estamos en medio alcalino los OH− se agregan para balancear los átomos de H y normalmente se agrega la mitad de moléculas de H2O del otro lado de la semirreacción para balancear los átomos de O.

Finalmente se multiplica cada semirreación por un factor para que se cancelen los electrones cuando se sumen ambas semireacciones.

Ecuación y reacción balanceada:

En este caso se agregaron contraiones para terminar de balancear la ecuación (los cationes K+ y Na+)

Como reacciona

Celdas Electroquímicas

La Celda Electroquímica es el dispositivo utilizado para la descomposición mediante corriente eléctrica de sustancias ionizadas denominadas electrolitos. También se conoce como celda galvánica o voltaica, en honor de los científicos Luigi Galvani y Alessandro Volta, quienes fabricaron las primeras de este tipo a fines del S. XVIII.

Esquema de la Pila de Daniell. El puente salino (representado por el tubo en forma de U invertida) contiene una disolución de KCl permitiendo la interacción eléctrica entre el ánodo y el cátodo. Las puntas de éste deben estar tapadas con pedazos de algodón para

evitar que la disolución de KCl contamine los otros contenedores.

Las celdas electroquímicas tienen dos electrodos: El Ánodo y el Cátodo. El ánodo se define como el electrodo en el que se lleva a cabo la oxidación y el cátodo donde se efectúa la reducción. Los electrodos pueden ser de cualquier material que sea un conductor eléctrico, como metales, semiconductores. También se usa mucho el grafito debido a su conductividad y a su bajo costo. Para completar el circuito eléctrico, las disoluciones se conectan mediante un conductor por el que pasan los cationes y aniones, conocido como puente de sal (o como puente salino).

Los cationes disueltos se mueven hacia el Cátodo y los aniones hacia el Ánodo. La corriente eléctrica fluye del ánodo al cátodo por que existe una diferencia de potencial eléctrico entre ambos electrolitos. Esa diferencia se mide con la ayuda de un voltímetro y es conocida como el voltaje de la celda. También se denomina fuerza electromotriz (fem) o bien como potencial de celda.1 En una celda galvánica donde el ánodo sea una barra de Zinc y el cátodo sea una barra de Cobre, ambas sumergidas en soluciones de sus respectivos sulfatos, y unidas por un puente salino se la conoce como Pila de Daniell. Sus semi-reacciones son estas:

La notación convencional para representar las celdas electroquímicas es un diagrama de celda. En condiciones normales, para la pila de Daniell el diagrama sería:

Este diagrama esta definido por: ANODO --> CATODO Electrodo negativo/electrolito // Electrolito/electrodo positivo (el / indica flujo de electrones y el // significa puente salino)

La linea vertical representa el limite entre dos fases. La doble linea vertical representa el puente salino. Por convención, el ánodo se escribe primero a la izquierda y los demás componentes aparecen en el mismo orden en que se encuentran al moverse de ánodo a cátodo.

Potenciales estándar de reducción

Esquema del EEH. 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.

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.1 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.1 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)

Sin embargo, las reacciones son reversíbles y el rol de un electrodo en una celda electroquímica en particular depende de la relación del potencial de reducción de ambos electrodos. El potencial estándar de una celda puede ser determinado buscando en una tabla de potenciales de reducción para los electrodos involucrados en la experiencia y se calcula aplicando la siguiente fórmula:

1

Por ejemplo, para calcular el potencial estándar del electrodo de Cobre:

En condiciones estándar la fem (medida con la ayuda de un multímetro) es 0,34 V (este valor representa el potencial de reducción de la celda) y por definición, el potencial del EEH es cero. Entonces el potencial de la celda se calcula resolviendo la siguiente ecuación:

El potencial de oxidación de una celda tiene el mismo modulo que el de reducción pero con signo contrario. Cambios estequiometricos en la ecuación de la celda no afectaran el valor del

por que el el potencial estándar de reducción es una propiedad intensiva.

Electroquímica y corrosión

Corrosión

Oxidación del metal.

La corrosión es definida como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de menor energía interna. Siempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, la salinidad del fluido en contacto con el metal y las

propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos.

La corrosión puede ser mediante una reacción química (redox) en la que intervienen dos factores:

la pieza manufacturada (la concepción de la pieza: forma, tratamiento, montaje) el ambiente (por ejemplo, un ambiente cerrado es menos propenso a la corrosión que

un ambiente abierto)

O por medio de una reacción electroquímica

Los más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire, como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de pátina verde en el cobre y sus aleaciones (bronce, latón).

Aproximación a la corrosión de los metales

La corrosión de los metales es un fenómeno natural que ocurre debido a la inestabilidad termodinámica de la mayoría de los metales. En efecto, salvo raras excepciones (el oro, el hierro de origen meteorítico) los metales están presentes en la Tierra en forma de óxido, en los minerales (como la bauxita si es aluminio, la hematita si es hierro...). Desde la prehistoria, toda la metalurgia ha consistido en reducir los óxidos en bajos hornos, luego en altos hornos, para fabricar el metal. La corrosión, de hecho, es el regreso del metal a su estado natural, el óxido.

Protección contra la corrosión

Es conveniente proteger a los materiales (metales principalmente) de la corrosión ya que la misma genera pérdidas económicas importantes. Una de las formas de protección son las películas protectoras, que deben cumplir ciertas condiciones. Estas películas deben ser: inertes continuas, estar firmemente adheridas al material y ser capaces de regenerarse a sí mismas en caso de ruptura.3 Se pueden influir en los parámetros que alteren la velocidad de la corrosión (como la concepción de la pieza y el ambiente) y también en la reacción química misma para proteger al material. Además, la presencia de Inhibidores de la corrosión, de ánodos de sacrificio y de la aplicación de procesos como la galvanoplastia ayudan a proteger al material de la corrosión.

A través de la electroquímica podemos darle una protección a un metal frente a la corrosión con las propiedades de otro metal, creando una capa de otro material no corrosivo mediante un proceso electroquímico, como lo son el niquelado y bañado de cromo, al igual que algunos espejos se hacen mediante procesos electroquímicos.

Aplicaciones

Hay varias aplicaciones electroquímicas importantes en el marco de la naturaleza y de la industria. La generación de energía química en la fotosíntesis es también un proceso electroquímico, así como la producción de metales como aluminio y titanio y en el proceso de galvanización con metales.

En el mecanismo de los alcoholímetros también aparece la electroquímica, donde un metal se oxida mediante electro deposición y se detecta el nivel de alcohol de los conductores ebrios gracias a la redox del etanol.

Los impulsos nerviosos en las neuronas están basados en la energía eléctrica generada por el movimiento de los iones de sodio y potasio hacia dentro y hacia afuera de las células. Ciertas especies de animales, como las anguilas, pueden generar un fuerte potencial eléctrico capaz de incapacitar animales mucho mayores que las mismas.

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Aplicaciones en la industria

Protecciones Anticorrosivas Utilizadas En Los Vehículos

Diversos metales puros, por ejemplo cobre, aluminio, cinc, forman con los componentes del aire una capa protectora hermética que impide el avance de (a corrosión. Por el contrario, hierro y magnesio son susceptibles de corrosión porque su capa superficial es porosa.

Mediante aleaciones puede empeorarse o mejorarse la resistencia a la corrosión. Resistentes a la corrosión son, por ejemplo, los bronces, las aleaciones de AL-Si, el acero Cr-Ni, en tanto que las aleaciones de AI-Cu o las de Mg son extraordinariamente propensas a la corrosión.

La corrosión es evitada cuando no puede formarse ningún elemento galvánico, por ejemplo evitando la humedad, procurando que no se formen pares de elementos distintos sin aislamiento intermedio con capas protectoras sobre la superficie de los metales.

Pinturas, barnices

Se elimina el óxido de las piezas, se limpian (cepillos de acero chorreado con ` arena) o se tratan con un convertidor de óxido (wash primer).

La pintura de fondo reacciona con el metal e impide la corrosión por debajo. Las películas de pintura y de barniz deben se elásticas, tupidas y resistentes a la temperatura.

Galvanizado

Las piezas son dispuestas en el baño de sales metálicas y conectadas como polo negativo a la tensión continua. El polo positivo lo forma un placa de metal que va a servir de revestimiento.

Protección anódica

Oxidación eléctrica del aluminio y de aleaciones de aluminio. Las piezas son colocadas como polo positivo en un baño de ácido sulfúrico, actuando de polo negativo una placa de plomo y se conectan a una tensión continua. En la superficie se forma una capa de óxido que crece fundamentalmente hacia el interior.

Espesor de la capa 5-20 micras porosa, adherente, dura, flexible, no conductora de la electricidad, se puede pintar, tienen un alto valor protector.

Electroquímica

Conclusiones Y Recomendaciones

La celda galvánica esta basada en la oxidación - reducción donde se produce un cambio en los #s de oxidación de las sustancias. Los electrones tienen que fluir por el circuito externo desde el electrodo negativo al positivo. En el electrodo negativo tiene lugar la oxidación y la reducción se verifica en el electrodo positivo. Al sumar las reacciones de oxid. y red. resulta la celda.

Si las soluciones son diluidas, entonces se puede reemplazar en la Ec. Nernst las concentraciones por la actividad, por lo que se tiene que la diferencia entre actividad y molaridad es mínima.El uso del puente salino es importante pues concentra a las 2 soluciones, evita su mezcla además que elimina completamente el potencial de unión y que la fem medida es simplemente la suma de los 2 potenciales electródicos.La diferencia de potencial varía con la concentración, es decir mientras más diluida es la solución, el potencial decreceráLa masa desprendida en un electrodo de una solución es proporcional a la cantidad de electricidad que esta pasandoCuando se prepara las soluciones se debe tener cuidado de hacerlo en recipientes bien limpios, pues el potencial varía con la concentración.Se debe tener mucho cuidado cuando se esta efectuando el desprendimiento de hidrogeno, al igualar la presión en la pera y la bureta, así como de medir en tiempo exacto.

INGENIERÍA QUÍMICA Y ELECTROQUÍMICA APLICADA.

Estos son basados de acuerdo con el criterio de un alto coeficiente de transporte de masa km y/o una gran área especifica del electrodo ae.

Celdas con área de electrodo relativamente pequeña, pero con un transporte de masa mejorado para incrementar el km, por medio de los electrodos en movimiento o por la turbulencia generada por los promotores.

Celdas con electrodos de tres dimensiones que proporcionan una amplia área específica del electrodo y mejoran el transporte de la masa debido a la dinámica especifica del fluido dentro de la estructura tridimensional.

Control de procesos

La medición de variables físicas, su fundamentación esta determinada por la metrología que suministra el marco teórico relacionado con todas las mediciones de ciencia, industria y comercio. En tanto, que para el control de procesos; su fundamentación se encuentra en la teoría de control automático interesada en los sistemas de regulación automáticos de procesos en función de variables físicas y sus valores deseados o requeridos.

Un lazo es un instrumento o combinación de instrumentos dispuestos para medir o controlar una variable de proceso.La metrología es esencial para el desarrollo del comercio, la industria, la tecnología y la ciencia. Se divide principalmente en: metrología legal, metrología científica y metrología industrial. Abarca varios campos: metrología térmica, eléctrica, acústica, dimensional, etc.

La ingeniería electroquímica.

La ingeniería electroquímica es una disciplina científico-tecnológica que tiene como objeto de estudio el diseño y operación de los equipos y procesos en los que se produce interconversión entre energía química y eléctrica. Surgió en la segunda mitad del siglo XX como una nueva rama de la ingeniería química, pudiendo considerarse como el resultado de la interacción de la ingeniería química con la electroquímica. Como consecuencia, existe un amplio grupo de disciplinas que conforman su área de conocimiento, entre las que se incluyen los fenómenos de transporte, la ingeniería de los reactores químicos, la ciencia de los materiales y la química.

Los primeros años de vida de la ingeniería electroquímica han coincidido con la aparición de una mayor sensibilización social hacia la conservación del medio ambiente. Las legislaciones de varios países han comenzado a poner limites al vertido de residuos, lo que conlleva a la necesidad de desarrollar nuevas tecnologías de tratamientos de vertidos mas eficaces en cuanto a resultados y a costes.

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.

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.

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.

Efecto de la temperatura

La influencia de la temperatura en las reacciones electroquímicas no suele ser importante, pero puede cambiar el resultado final, por modificación de la velocidad de las reacciones químicas acopladas al proceso de transferencia electrónica o por complicar la retención y detección de compuestos volátiles que intervienen en el mismo.

Efecto protónico

Otro aspecto importante a tener en cuenta en las reacciones electroorgánicas es el efecto del ión hidrógeno (H+) sobre las mismas, generalmente a través de la capacidad donora de protones del solvente.Una misma sustancia puede reaccionar electroquímicamente en forma diferente, mediante mecanismos distintos si el proceso tiene lugar en un solvente prótico o aprótico. Por este motivo es conveniente utilizar solventes apróticos y agregar cantidades controladas de protones a fin de observar los cambios originados en la reacción electródica.

El efecto de la concentración de protones aparece en numerosos procesos e inevitablemente en aquellos en los cuales la especie electroactiva es un ácido o una base, donde el pH de la solución tiene una importancia fundamental.

medios próticos: agua; etanol; mezclas dioxano-agua

medios apróticos: N, N-dimetilformamida (DMF); acetonitrilo (ACN); dimetilsulfóxido (DMSO)

donores de protones: fenol; ácido benzoico; agua

El fenol es electroinactivo frente a la reducción electroquímica y se encuentra poco disociado en DMF. El ácido benzoico es un buen donor de protones en DMF, y al potencial adecuado el protón se reduce liberando hidrógeno. El agua en DMF y DMSO es un donor de protones pobre, debido al elevado grado de estructuración de las mezclas agua-DMF y agua-DMSO.

6.2 Procesos electro orgánicos industriales

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-aminobenzoico, p-aminofenol, ácido p- nitrobenzoico, ácido succínico, alcohol bencílico, benzaldehido, aldehido salicílico, bencidina y sacarina.

6.2.1 Activación electroquímica en reemplazo de la activación por cloro

Muy frecuentemente los compuestos orgánicos se activan por cloración para ser usados como intermediarios. Este procedimiento conduce a la formación de productos secundarios policlorados que son difíciles de destruir. Además, el ácido clorhídrico que se genera en la sustitución por cloro no es suficientemente limpio para la regeneración electroquímica del cloro. Una activación similar de los compuestos orgánicos puede lograrse por oxidación electroquímica. Los cationes-radicales o cationes de ellos derivados pueden originar los mismos productos que los intermediarios clorados. Un ejemplo típico es la fabricación de benzaldehidos sustituidos a partir de los correspondientes derivados del tolueno

6.2.2 Reciclado electroquímico de productos secundarios

Los procesos electroquímicos se usan frecuentemente para la detoxificación de residuos peligrosos (curative envirommental protection). Este proceso se optimiza cuando los productos secundarios se reciclan electroquímicamente al reactivo inicial o aun mejor, se convierten en el producto final buscado. Un ejemplo muy lindo para el segundo caso ha sido desarrollado por Hoechst AG (ahora Clariant) en la producción de ácido monocloro acético por cloración de ácido acético. En esta fabricación es imposible evitar la sobre cloración, que origina ácidos di- y tri-halogenados. Después de recuperar el producto deseado por recristalización-fusión, los licores madres que contienen los productos policlorados no deseados quedan como residuo peligroso. Sin embargo, si esos licores se someten a un proceso electroquímico reductivo, ocurre dehalogenación y los compuestos policlorados se transforman en el ácido monohalogenado (esquema 22). El proceso se lleva a cabo en una celda dividida usando una membrana Nafion de intercambio catiónico y con electrodos de grafito, en presencia de muy pequeñas cantidades (10 – 100 ppm) de acetato de plomo como catalizador redox.

Conclusiones

La metodología electroquímica es una técnica "amiga del medio ambiente" y es excepcionalmente adecuada para la "protección ambiental preventiva". No sólo pueden evitarse residuos tóxicos sino que también puede economizarse el uso de los recursos. Se esperan grandes avances en el desarrollo de los sistemas electroorgánicos y en la sustentabilidad de los mismos dado el gran potencial de estos procesos en favor de la protección ambiental. La incorporación de esta tecnología en las líneas de producción de la industria química, permite nuevas oportunidades de enfrentarse a los desafíos tecnológicos que el mundo industrial impone en busca de sistemas de optimizada producción.