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ELECTROQUMICACELDAS GALVANICAS1Rama de la qumica que estudia la interconversin entrela energa elctrica y la energa qumica.ElectroqumicaTrata del uso:De las reacciones qumicaspara producir electricidad(pila-celdas galvnicas))De la electricidad para producir reacciones qumicas (electrlisis)

La electroqumica Estudia los cambios qumicos que producen una corriente elctrica y la generacin de electricidad mediante reacciones qumicas.

ENERGA QUMICA

ENERGIA ELECTRICAReacciones ElectroqumicasTodas las reacciones electroqumicas implican la transferencia de electrones y son por tanto reacciones de oxidacin-reduccin. OXIDACION: Reaccin mediante la cual un tomo pierde electrones. REDUCCION: Reaccin mediante la cual un tomo gana electrones.

Las celdas galvnicas Almacenan energa elctrica. Las reacciones en los electrodos ocurren espontneamente y producen un flujo de electrones desde el nodo al ctodo (a travs de un circuito externo conductor). Dicho flujo de electrones genera un potencial elctrico que puede ser medido experimentalmente.

Las celdas electroqumicas pueden ser de dos tipos: electrolticas galvnicas Las celdas electrolticas: No son espontneas y debe suministrarse energa para que funcionen. Al suministrar energa se fuerza una corriente elctrica a pasar por la celda y se fuerza a que la reaccin redox ocurra.

CELDA GALVANICA

FLUJO DE ELECTRONESPUENTE SALINOCATODOANODOOXIDACIONREDUCCION1122A: CELDA (clula)DE OXIDACINB: CELDA (clula) DE REDUCCION1: SOLUCIONES ELECTROLITICAS2:ELECTRODOS3: PUENTE SALINO

3AB

La reaccin total se puede llevar a cabo mediante un dispositivo especial que llamamos pila o celda galvnica, de manera que los electrones fluyan a travs de un circuito externo. El sentido en que fluyen los electrones nos dar la informacin respecto al sentido en que ocurre la reaccin qumica

El flujo de electrones nos dice que el Zinc se oxida y que el Cobre se reduce. Celdas electroqumicasLa diferencia en el potencial elctrico entre el nodo y el ctodo se llama: voltaje de la celda fuerza electromotriz (fem) potencial de celdaDiagrama de celdaZn (s) + Cu2+ (ac) Cu (s) + Zn2+ (ac) [Cu2+] = 1 M & [Zn2+] = 1 MZn (s) | Zn2+ (1 M) || Cu2+ (1 M) | Cu (s)nodoctodo

Para este caso vemos que el flujo de electrones ocurre desde el electrodo de cobre hacia el de plata indicando que la reaccin que ocurre es: Potencial estndar de celdaSe representa como (E0) es el voltaje asociado con una celda cuando todo los solutos se encuentran a 1 M y todos los gases estn a 1 atm. Es siempre positivo y corresponde a la diferencia de potenciales del ctodo (semireaccin de reduccin) menos el potencial del nodo (semireaccin de oxidacin)Potenciales estndar de electrodoDado que no se puede determinar el potencial de una semireaccin en forma absoluta, se determinan usando una referencia comn:La semireaccin del hidrgeno, se le asigna arbitrariamente un potencial de electrodo igual a cero. Eo celda = Eo(ctodo) Eo(nodo)H2(g) 2 H+(ac) + 2e-E = 0,0 V2 H+(ac) + 2e- H2(g)E = 0,0 V E0 es para la reaccin como lo escrito Cuanto ms positivo E0 mayor ser la tendencia de la sustancia a reducirse Las reacciones de semicelda son reversibles El signo de E0 cambia cuando la reaccin se invierte Si se cambia los coeficientes estequiomtricos de una reaccin de semicelda no cambia el valor de E0

POTENCIALES STANDARD DE REDUCCIN A 25CPODER

OXIDANTEPODER

REDUCTOREl potencial de una pila formada por la combinacin de dos electrodos o semireacciones es la suma de los potenciales de ambas semireacciones tal como estn escritas. Como el potencial de la pila es siempre positivo, nos indica cual es la direccin espontnea en que ocurrir una reaccin de oxido-reduccin.En general dada una reaccin el potencial de la pila es igual a:Ecelda = Ereduccin(oxidante) - Ereduccin(reductor) = E(ctodo) E(nodo)Si Ecelda resulta positivo la reaccin es espontnea en la direccin escrita. En cambio, si Ecelda resulta negativo la reaccin ser espontnea en el sentido inverso.

El flujo de elctrones ocurre desde el electrodo de zinc hacia el del cobre. Esto nos dice que el Zinc se oxida y que el Cobre se reduce. El potencial medido corresponde a la diferencia de potencial de ambas semireacciones (electrodos).

Espontaneidad de las reacciones La reaccin ser espontnea!Si el potencial calculado para una reaccin redox es una cantidad positiva, la reaccin ser espontnea. Si el potencial calculado es negativo la reaccin no ser espontnea. Ni(s) + Zn2+(1M) Ni2+(1M) + Zn (s) ?ENi2+/Ni = - 0,236 VEoZn2+/Zn= - 0,762 V

Espontaneidad de las reacciones redox

1. CONSTRUCCION DE UNA PILA GALVANICA

Zn(s) / Zn +2(0.1 M) // Cu+2(0.1M) / Cu (s)21CELDA: DATO Cu+2/Cu(s) 0,334v Zn+2/ Zn(s) -0,763v EAnodo : Zn(s) Zn+2 +2e- 0,763vCatodo : Cu+2 + 2e- Cu(s) 0,334vR.Global: Zn(s) + Cu+2 Zn+2 + Cu(s) 1,097v

Si el potencial de la celda es positivo se dice que es espontanea, en caso de que sea negativo es no espontanea.

CALCULO DEL POTENCIAL ESTANDAR (E) O F.E.M.

Pb(s) / Pb+2(0.1M) // Cu+2(0.1M) / Cu(s)2. CELDA CONSTITUIDA POR LAS SEMIPILAS

23CELDA: nodo DATO Cu+2/Cu(s) 0,334v Pb+2/ Pb(s) -0,126v EAnodo : Pb(s) Pb+2 +2e- 0,126vCatodo : Cu+2 + 2e- Cu(s) 0,334vR.Global: Pb(s) + Cu+2 Pb+2 + Cu(s) 0,460v

Si el potencial de la celda es positivo se dice que es espontanea, en caso de que sea negativo es no espontanea.

CALCULO DEL POTENCIAL ESTANDAR (E) O F.E.M.Pb(s)Pb+2(aq)Cul es el fem estndar de una celda electroqumica formada de un electrodo de Cd en una disolucin 1.0 M de Cd (NO3)2 y un electrodo de Cr en una disolucin 1.0 M de Cr(NO3)3?

Cd2+ (ac) + 2e- Cd (s) E0 = -0.40 V Cr3+ (ac) + 3e- Cr (s) E0 = -0.74 VCd es el oxidante ms fuerte Cd oxidar Cr2e- + Cd2+ (1 M) Cd (s)Cr (s) Cr3+ (1 M) + 3e-nodo (oxidacin):Ctodo (reduccin): 2Cr (s) + 3Cd2+ (1 M) 3Cd (s) + 2Cr3+ (1 M)x 2x 3E 0 = Ectodo - Enodocelda00E 0 = -0.40 (-0.74) celdaE 0 = 0.34 V celda 2e- + Fe2+ Fe2Ag 2Ag+ + 2e-Oxidacin :Reduccin :Cul es la constante de equilibrio para la reaccin siguiente a250C? Fe2+ (ac) + 2Ag (s) Fe (s) + 2Ag+ (ac)

= 0.0257 Vnln KEcell 0E0 = -0.44 (0.80) E0 = -1.24 V 0.0257 Vx nE0 cellexpK = n = 20.0257 Vx 2-1.24 V= expK = 1.23 x 10-42E0 = EFe /Fe EAg /Ag002++EFECTO DE LA CONCENTRACION: ECUACION DE NERNST(cuando las concentraciones no son iguales)

En donde:n: Nmero de electrones que se transfieren

27Cuando no se consigue trabajar a condiciones estndar se aplica la ecuacin de NernstCELDAS DE CONCENTRACION

Celda formada por dos semiceldas del mismo material pero de diferentes concentraciones de iones.La relacin matemtica para este tipo de celda sera:28Se aplica cuando las dos semiceldas son del mismo materialOcurrir la siguiente reaccin en forma espontnea a 250C si [Fe2+] = 0.60 M y [Cd2+] = 0.010 M? Fe2+ (aq) + Cd (s) Fe (s) + Cd2+ (aq)

2e- + Fe2+ 2FeCd Cd2+ + 2e-Oxidacin :Reduccin :n = 2E0 = -0.44 (-0.40) E0 = -0.04 V E0 = EFe /Fe ECd /Cd002+2+-0.0257 Vnln QE0E = -0.0257 V2ln -0.04 VE = 0.0100.60E = 0.013E > 0Espontnea29