Proceso en el Electrodo

El anEl anáálisis de un proceso de electrodo permite distinguir:lisis de un proceso de electrodo permite distinguir:

••TransporteTransporte

de de especiesespecies

electroactivaselectroactivas

haciahacia

el el electrodoelectrodo••AdsorciAdsorcióónn

de de laslas

mismasmismas

en el en el electrodoelectrodo

••TransferenciaTransferencia

de de cargacarga••DesorciDesorcióónn

de de productosproductos

de de reaccireaccióónn

del del electrodoelectrodo

••DifusiDifusióónn

de de dichosdichos

productosproductos

haciahacia

el el senoseno

de la de la disolucidisolucióónn••ReaccionesReacciones

ququíímicasmicas

secundariassecundarias

••FormaciFormacióónn

de de nuevasnuevas

fasesfases

Entre 1800Entre 1800--1830 Michael 1830 Michael FaradayFaraday ffíísico y qusico y quíímico ingles, realizmico ingles, realizóó

estudios estudios

cuantitativos referente a la relacicuantitativos referente a la relacióón n entre la cantidad de electricidad que entre la cantidad de electricidad que pasa por una solucipasa por una solucióón y resultado de n y resultado de sus investigaciones las enuncio entre sus investigaciones las enuncio entre los alos añños 1833os 1833--1834 en las leyes que 1834 en las leyes que tienen su nombre.tienen su nombre.

En honor a En honor a FaradayFaraday, a la carga de un , a la carga de un molmol

de electrones se le de electrones se le didióó

el nombre de el nombre de

faradio, F , ahora se recomienda utilizar faradio, F , ahora se recomienda utilizar el nombre de constante de el nombre de constante de FaradayFaraday

para para

FF..

1 F = 1,6022. 101 F = 1,6022. 10--1919

C/electrC/electróón n

(6,02.10(6,02.1023 23 electrones/electrones/molmol

) = 96.500 C/) = 96.500 C/molmol

"...(1) el poder químico de una corriente de "...(1) el poder químico de una corriente de electricidad está en proporción directa de la electricidad está en proporción directa de la cantidad absoluta de electricidad que pasa..."cantidad absoluta de electricidad que pasa..."

La La masamasa de de unauna sustanciasustancia depositadadepositada porpor unauna corrientecorriente eléctricaeléctrica en en unauna electrólisiselectrólisis eses proporcionalproporcional a la a la cantidadcantidad de de electricidadelectricidad queque pasapasa porpor el el electrodoelectrodo..

"...(2) los pesos equivalentes de las "...(2) los pesos equivalentes de las substancias son simplemente aquellas substancias son simplemente aquellas cantidades de ellas que contienen cantidades de ellas que contienen cantidades iguales de electricidad..."cantidades iguales de electricidad..."

Las Las cantidadescantidades de de sustanciassustancias electrolelectrolííticasticas depositadasdepositadas porpor la la acciaccióónn de de unauna mismamisma cantidadcantidad de de electricidadelectricidad son son proporcionalesproporcionales a a laslas masasmasas equivalentesequivalentes de de laslas sustanciassustancias..

Lab. de Faraday en el Royal Institut. Museo de la Ciencia, Londres

1.

En una electrólisis, los productos de descomposición electroquímica aparecerán en los electrodos y no en el seno del electrolito.

1.

Los metales de las sales y de las bases de los ácidos de hidrógeno aparecerán en el cátodo y el resto de la molécula conjuntamente con sus productos de descomposición en el ánodo.

3. La masa del metal depositado sobre el c3. La masa del metal depositado sobre el cáátodo por todo por electrelectróólisis es proporcional a la cantidad de corriente lisis es proporcional a la cantidad de corriente que atraviesa la celda y a la masa atque atraviesa la celda y a la masa atóómica (A) del mica (A) del metal e inversamente proporcional a la carga del metal e inversamente proporcional a la carga del mismo. mismo.

tinA

F1m ×××=

Es decir:

F = F = nnúúmeromero

de Faraday (96500 de Faraday (96500 coulombioscoulombios), n = ), n = nnúúmeromero

de de electroneselectronesi = i = corrientecorriente

en en amperiosamperios, t = , t = segundossegundos

y A = y A = gramosgramos

¿¿CuCuáándo ocurre un proceso farndo ocurre un proceso faráádico y dico y cuando uno no farcuando uno no faráádico?dico?

Un proceso farádico ocurre cuando hay Un proceso farádico ocurre cuando hay transferencia de electrones a través de la interfase transferencia de electrones a través de la interfase metalmetal--soluciónsolución, pudiendo esto provocar oxidación o , pudiendo esto provocar oxidación o bien reducción de los componentes del sistema. bien reducción de los componentes del sistema. Todos los procesos que poseen éstas características Todos los procesos que poseen éstas características se dicen que cumplen con la se dicen que cumplen con la ley de ley de FaradayFaraday y se los y se los llama llama procesos procesos farádicosfarádicos..

Los electrodos donde tienen lugar los procesos farádicos se les denomina “electrodos de transferencia de carga”.

En este caso no hay paso de ningún tipo de En este caso no hay paso de ningún tipo de carga por la interfase, es decir que la corriente carga por la interfase, es decir que la corriente puede circular (al menos transitoriamente) puede circular (al menos transitoriamente) cuando el potencial o la composición de la cuando el potencial o la composición de la solución cambie.solución cambie.

Un proceso no farádico, son todos aquellos Un proceso no farádico, son todos aquellos procesos (como por ejemplo adsorción o procesos (como por ejemplo adsorción o desorcióndesorción) donde la estructura electrodo) donde la estructura electrodo-- solución, varía con el potencial y la solución, varía con el potencial y la composición de la solución.composición de la solución.

ELECTRODO IDEALMENTE ELECTRODO IDEALMENTE POLARIZADO, EIPPOLARIZADO, EIP

Aquel electrodo en donde no se da Aquel electrodo en donde no se da lugar a transferencia de carga en la lugar a transferencia de carga en la interfase metalinterfase metal--solucisolucióón cuando al n cuando al mismo se le impone un potencial mismo se le impone un potencial externo.externo.

Dispositivo que almacena Dispositivo que almacena cargacarga

elelééctrica. ctrica. En su forma mEn su forma máás sencilla, un condensador s sencilla, un condensador estestáá

formado por dos placas metformado por dos placas metáálicas licas

(armaduras) separadas por una l(armaduras) separadas por una láámina no mina no conductora o conductora o dieldielééctricoctrico. .

Al conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa.

Condensador

Carga elCarga elééctrica elementalctrica elemental

••

Unidad fundamental de carga elUnidad fundamental de carga elééctrica, coincidente ctrica, coincidente con la carga del con la carga del electrelectróónn

y con la del y con la del protprotóónn. .

••

Considera la materia en su conjunto como Considera la materia en su conjunto como elelééctricamente neutra, debido a la compensacictricamente neutra, debido a la compensacióón n entre las cargas positivas y las negativas. Un cuerpo entre las cargas positivas y las negativas. Un cuerpo estestáá

cargado o posee carga elcargado o posee carga elééctrica cuando existe ctrica cuando existe

un desequilibrio o desigual reparto de cargas, que se un desequilibrio o desigual reparto de cargas, que se manifiesta por una serie de hechos cuyo fundamento manifiesta por una serie de hechos cuyo fundamento estudia la electrostestudia la electrostáática. tica.

••

La carga elLa carga elééctrica constituye una magnitud ctrica constituye una magnitud fundamental que, en los fenfundamental que, en los fenóómenos elmenos elééctricos, ctricos, desempedesempeñña un papel semejante al de la masa en los a un papel semejante al de la masa en los fenfenóómenos mecmenos mecáánicos. La unidad de medida de nicos. La unidad de medida de carga elcarga elééctrica es el ctrica es el franklinfranklin

en el sistema CGS, y el en el sistema CGS, y el

culombioculombio

en el sistema internacional (SI). en el sistema internacional (SI).

••

La botella de La botella de LeydenLeyden

es un condensador simple en el que las dos placas es un condensador simple en el que las dos placas conductoras son finos revestimientos metconductoras son finos revestimientos metáálicos dentro y fuera del cristal de la licos dentro y fuera del cristal de la botella, que a su vez es el botella, que a su vez es el dieldielééctricoctrico. La magnitud que caracteriza a un . La magnitud que caracteriza a un condensador es su condensador es su capacidadcapacidad, cantidad de , cantidad de carga carga elelééctrciactrcia

que puede que puede almacenar a una diferencia de potencial determinado. almacenar a una diferencia de potencial determinado.

Primer CondensadorPrimer Condensador

••

Los condensadores tienen un lLos condensadores tienen un líímite para la mite para la carga carga elelééctricactrica

que pueden almacenar, pasado el cual se que pueden almacenar, pasado el cual se

perforan. perforan.

••

Pueden conducir Pueden conducir corriente continuacorriente continua

durante sdurante sóólo un lo un instante, aunque funcionan bien como conductores instante, aunque funcionan bien como conductores en circuitos de en circuitos de corriente alternacorriente alterna. .

••

Esta propiedad los convierte en dispositivos muy Esta propiedad los convierte en dispositivos muy úútiles cuando debe impedirse que la tiles cuando debe impedirse que la corriente corriente continuacontinua

entre a determinada parte de un circuito entre a determinada parte de un circuito

elelééctrico. ctrico. ••

Los condensadores de Los condensadores de capacidadcapacidad

fija y fija y capacidadcapacidad

variable se utilizan junto con las variable se utilizan junto con las bobinasbobinas, formando , formando circuitos en resonancia, en las circuitos en resonancia, en las radiosradios

y otros equipos y otros equipos

electrelectróónicos. nicos. ••

AdemAdemáás, en los tendidos els, en los tendidos elééctricos se utilizan ctricos se utilizan grandes condensadores para producir resonancia grandes condensadores para producir resonancia elelééctrica en el cable y permitir la transmisictrica en el cable y permitir la transmisióón de mn de máás s potencia. potencia.

PotenciaPotencia

En En FFíísicasica, potencia es la cantidad de , potencia es la cantidad de trabajotrabajo

efectuado por unidad de efectuado por unidad de tiempo. Esto es equivalente a la velocidad de cambio de tiempo. Esto es equivalente a la velocidad de cambio de energenergííaa

en un en un sistema o al tiempo empleado en realizar un trabajo, segsistema o al tiempo empleado en realizar un trabajo, segúún queda n queda definido por:definido por:

dondedonde••PP es la potencia. es la potencia. ••EE es la energes la energíía total o trabajo. a total o trabajo. ••tt es el es el tiempotiempo. .

Donde I es el valor instantDonde I es el valor instantááneo de la corriente y V es el valor neo de la corriente y V es el valor

instantinstantááneo del voltaje. Si I se expresa en neo del voltaje. Si I se expresa en amperiosamperios

y V en y V en voltiosvoltios, P , P estarestaráá

expresada en expresada en WattsWatts. Igual definici. Igual definicióón se aplica cuando se n se aplica cuando se consideran valores promedio para I, V y P.consideran valores promedio para I, V y P.

Cuando se trata de Cuando se trata de corriente continuacorriente continua

(DC) la potencia el(DC) la potencia elééctrica ctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terdesarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales minales es el producto de la es el producto de la diferencia de potencialdiferencia de potencial

entre dichos terminales y la entre dichos terminales y la intensidad de corrienteintensidad de corriente

que pasa a travque pasa a travéés del dispositivo. Esto es,s del dispositivo. Esto es,

Cuando el dispositivo es una Cuando el dispositivo es una resistenciaresistencia

de valor R no se puede de valor R no se puede calcular la calcular la resistencia equivalenteresistencia equivalente

del dispositivo, la potencia del dispositivo, la potencia tambitambiéén puede calcularse como n puede calcularse como

CorrienteCorriente••

Si dos cuerpos de Si dos cuerpos de cargacarga

igual y opuesta se igual y opuesta se conectan por medio de un conductor conectan por medio de un conductor metmetáálico, por ejemplo un cable, las lico, por ejemplo un cable, las cargascargas

se neutralizan mutuamente. Esta se neutralizan mutuamente. Esta neutralizacineutralizacióón se lleva a cabo mediante un n se lleva a cabo mediante un flujo de flujo de electroneselectrones

a trava travéés del conductor, s del conductor, desde el cuerpo cargado negativamente al desde el cuerpo cargado negativamente al cargado positivamente (en ingeniercargado positivamente (en ingenieríía a elelééctrica, se considera por convencictrica, se considera por convencióón que n que la corriente fluye en sentido opuesto, es la corriente fluye en sentido opuesto, es decir, de la decir, de la cargacarga

positiva a la negativa). positiva a la negativa).

CorrienteCorriente

Corriente continuaCorriente continua

••En cualquier sistema continuo de En cualquier sistema continuo de conductores, los conductores, los electroneselectrones

fluyen fluyen desde el punto de menor potencial desde el punto de menor potencial hasta el punto de mayor potencial. hasta el punto de mayor potencial. Un sistema de esa clase se Un sistema de esa clase se denomina circuito eldenomina circuito elééctrico. La ctrico. La corriente que circula por un circuito corriente que circula por un circuito se denomina corriente continua se denomina corriente continua ((c.cc.c.) si fluye siempre en el mismo .) si fluye siempre en el mismo sentido y corriente alterna (sentido y corriente alterna (c.ac.a.) si .) si fluye alternativamente en uno u otro fluye alternativamente en uno u otro sentido.sentido.

CapacidadCapacidad••

Aptitud de un Aptitud de un condensadorcondensador

de conservar una de conservar una

cargacarga, determinada por el tama, determinada por el tamañño de sus o de sus armaduras, y por el espesor y armaduras, y por el espesor y permitividadpermitividad

del del dieldielééctricoctrico

que las separa.que las separa.••

La capacidad de un La capacidad de un condensadorcondensador

se obtiene se obtiene

de dividir la de dividir la cargacarga

Q almacenada por la Q almacenada por la diferencia de potencial entre las armaduras. diferencia de potencial entre las armaduras. La unidad de medida es el faradio (F) en La unidad de medida es el faradio (F) en honor a honor a FaradayFaraday..

Capacidad de unCapacidad de un

CondensadorCondensador

••

Un condensador estUn condensador estáá

constituido por dos constituido por dos placas metplacas metáálicas separadas por un licas separadas por un material dielmaterial dielééctrico cuyo comportamiento ctrico cuyo comportamiento obedece a la ecuaciobedece a la ecuacióón:n:

donde q = carga del condensador; E = potencial donde q = carga del condensador; E = potencial que pasa a travque pasa a travéés del condensador (V) y C es la s del condensador (V) y C es la capacidad en Faradioscapacidad en Faradios

EqC =

Interpretar la carga de un condensador, es pensar que en una de las placas hay contenido un exceso de e, mientras que en la otra placa hay

un defecto de e.

AnalogAnalogíía entre la interfase metala entre la interfase metal-- solucisolucióón y un condensadorn y un condensador

A un potencial dado, el electrodo A un potencial dado, el electrodo metmetáálico lleva una carga, que la lico lleva una carga, que la llamaremos llamaremos qqMM

y la soluciy la solucióón una carga n una carga

qqSS

..

Uno puede hacer que la carga sobre el Uno puede hacer que la carga sobre el metal sea positiva o negativa metal sea positiva o negativa dependiendo de la composicidependiendo de la composicióón de la n de la solucisolucióón y del potencial que atraviese la n y del potencial que atraviese la interfase. interfase.

SM qq −=

En este caso,En este caso,

lla a cargacarga

del metal del metal qqMM

y y

representarepresenta

el el excesoexceso

o o defectodefecto

de e y de e y ellaella

se se encuentraencuentra

en en unauna

capacapa

extremadamenteextremadamente

delgadadelgada

(< 0.1(< 0.1ÅÅ) en la ) en la superficiesuperficie

del metal.del metal.

La La cargacarga

en la en la solucisolucióónn

qqSS

estestáá

constituidaconstituida

porpor

un un excesoexceso

bienbien

sea de sea de cationescationes

o o anionesaniones

vecinosvecinos

a la a la superficiesuperficie

del del

electrodoelectrodo..

SSíí

dividimos las cargas dividimos las cargas qqMM

y y qqSS

por por

unidad de unidad de áárea, obtenemos una rea, obtenemos una ecuaciecuacióón que llamaremos densidad n que llamaremos densidad de carga de carga σσ::

AqσM

M =

las

unidades

generalmente

empleadas

son μC/cm2

Las propiedades de la interfase dependen de la Las propiedades de la interfase dependen de la naturaleza del electrodo y de las caracternaturaleza del electrodo y de las caracteríísticas de sticas de la disolucila disolucióón, entre esas propiedades podemos n, entre esas propiedades podemos citar:citar:

••

fuerzas elfuerzas elééctricas de las especies ctricas de las especies junto al electrodojunto al electrodo

••

interacciones quinteracciones quíímicasmicas••

ordenaciordenacióón de la propia interfasen de la propia interfase

en consecuencia: en consecuencia:

La distribución de carga en la La distribución de carga en la interfase no es uniforme y se interfase no es uniforme y se originan diferencias de potencial originan diferencias de potencial entre el interior del metal y el entre el interior del metal y el seno de la disoluciónseno de la disolución