ELECTROQUÍMICA Transparencias 01/05/11   16:03
CONCEPTOS PREVIOS <ul><li>REDUCTOR: reduce a otra sustancia. El se oxida </li></ul><ul><li>OXIDANTE: oxida a otra sustanci...
EJEMPLO REDOX ESPONTÁNEA <ul><li>2 Ag + (aq)  + Cu  (s)     2 Ag  (s)  + Cu 2+   (aq) </li></ul><ul><li>Se produce energí...
PILAS GALVÁNICAS La obtención de corriente eléctrica gracias a las reacciones químicas 01/05/11   16:03
PILAS GALVÁNICAS (1) <ul><li>¿Cómo controlar el tránsito de electrones? </li></ul><ul><ul><li>Separando las dos semirreacc...
PILAS GALVÁNICAS (2) <ul><li>ANODO : se produce la oxidación. Al perder electrones queda cargado negativamente. </li></ul>...
PILAS GALVÁNICAS (3) <ul><li>CÁTODO: reducción 2 Ag + (aq)  + 2e    2 Ag  (s) </li></ul><ul><li>ÁNODO: oxidación Cu  (s) ...
EQUILIBRIO DE CARGAS EN UNA PILA <ul><li>Los electrones se acumulan en la barra de Cu </li></ul><ul><ul><li>Negativa </li>...
PUENTE SALINO <ul><li>Para evitar el desequilibrio de cargas. Se busca la neutralidad eléctrica. </li></ul><ul><li>Iones (...
CONVENIO SOBRE ESQUEMA DE PILAS <ul><li>La semirreacción de oxidación se escribe a la izquierda con las especies separadas...
ANÁLISIS CUANTITATIVO Potencial de electrodo - F.EM. (fuerza electromotriz de una pila) 01/05/11   16:03
FUERZA ELECTROMOTRIZ DE UNA PILA <ul><li>Def. es la fuerza electromotriz suministrada por la pila galvánica. </li></ul><ul...
IMPOSIBILIDAD DE MEDIR LA f.e.m. DE UN ELECTRODO <ul><li>EL ELECTRODO DE H </li></ul><ul><ul><li>No se pude medir Eo de un...
MEDIADA DEL POTENCIAL RELATIVO DE ELECTRODO <ul><li>El voltímetro mide el potencial del electrodo de cobre, pues el de hid...
SIGNIFICADO DEL POTENCIAL DE ELECTRODO <ul><li>Indica la tendencia de que se produzca en el electrodo una reducción. </li>...
PODER DE REDUCCIÓN DE UN ELECTRODO. SIGNIFICADO FÍSICO (1) <ul><li>Para el electrodo de cobre: </li></ul><ul><li>0 ’ 34 V ...
PODER DE REDUCCIÓN DE UN ELECTRODO. SIGNIFICADO FÍSICO (2) <ul><li>Para el electrodo de cadmio: </li></ul><ul><li>0 ’ 40 V...
SIGNIFICADO DEL POTENCIAL DE ELECTRODO <ul><li>Indica la tendencia de que se produzca en el electrodo una reducción. </li>...
PREDICCIÓN DE REACCIONES REDOX Una pila siempre tiene que tener f.e.m. positiva 01/05/11   16:03
TABLA DE POTENCIALES A mayor potencial de reducción, más oxidante es. Mide el desplazamiento del equilibrio a la derecha
ESTUDIO DE TABLA DE POTENCIALES <ul><li>Par oxidante-reductor conjugado: </li></ul><ul><ul><li>Difieren en  “ n ”  electro...
¿CUANDO SE FORMA UNA PILA? <ul><li>Cuando el proceso es espontáneo, es decir, cuando E o  pila > 0 </li></ul><ul><li>Ejemp...
Ejercicio resuelto : 259 01/05/11   16:03
PILA DANIELL AMPLIACIÓN   1 01/05/11   16:03
PILA DANIELL <ul><li>ÁNODO: barra de Zn en ZnSO 4 </li></ul><ul><li>CÁTODO: barra de Cu en CuSO 4 </li></ul>01/05/11   16:03
INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN EN LA F.E.M. DE UNA PILA.  ECUACIÓN DE NERNST AMPLIACIÓN 2 01/05/11   16:03
INFLUENCIA DE LA [] EN FEM <ul><li>P.ej.: Zn (s)     Zn 2+  (1M)      Cu 2+  (1M)    Cu (s)  E o  = 1 ’ 1v </li></ul><...
ECUACIÓN DE NERNST (1) <ul><li>Dada la ecuación aA + bB    cC + dD, se puede demostrar que: </li></ul><ul><li>Además:   ...
ECUACIÓN DE NERNST (2) <ul><li>Operando: </li></ul><ul><li>Como a 25oC R, T y F son constantes, y aplicando que Ln Q = 2 ’...
CÁLCULO DE Kc EN UNA PILA GALVÁNICA <ul><li>Cuando Q = Kc, se cumple que    = 0. Entonces:  </li></ul>
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  1. 1. ELECTROQUÍMICA Transparencias 01/05/11 16:03
  2. 2. CONCEPTOS PREVIOS <ul><li>REDUCTOR: reduce a otra sustancia. El se oxida </li></ul><ul><li>OXIDANTE: oxida a otra sustancia. El se reduce </li></ul><ul><li>Reacción espontánea:  G < 0 </li></ul><ul><li>Reacción espontánea en un proceso REDOX: se produce cuando existe transferencia espontánea de electrones del reductor al oxidante. </li></ul>01/05/11 16:03
  3. 3. EJEMPLO REDOX ESPONTÁNEA <ul><li>2 Ag + (aq) + Cu (s)  2 Ag (s) + Cu 2+ (aq) </li></ul><ul><li>Se produce energía disipada en calor. </li></ul><ul><li>Pero si se controla el proceso de transferencia de electrones se puede conseguir corriente eléctrica . </li></ul>01/05/11 16:03 La disolución adquiere un color azul debido a la formación del ion complejo Cu(H 2 O) 4 2+
  4. 4. PILAS GALVÁNICAS La obtención de corriente eléctrica gracias a las reacciones químicas 01/05/11 16:03
  5. 5. PILAS GALVÁNICAS (1) <ul><li>¿Cómo controlar el tránsito de electrones? </li></ul><ul><ul><li>Separando las dos semirreacciones, en recipientes separados. ELECTRODOS . </li></ul></ul><ul><ul><li>Uniéndolos mediante un cable en un CIRCUITO EXTERNO </li></ul></ul>
  6. 6. PILAS GALVÁNICAS (2) <ul><li>ANODO : se produce la oxidación. Al perder electrones queda cargado negativamente. </li></ul><ul><li>CÁTODO : se produce la reducción. Al tomar electrones queda cargado positivamente. </li></ul>A N OX Regla nemotécnica
  7. 7. PILAS GALVÁNICAS (3) <ul><li>CÁTODO: reducción 2 Ag + (aq) + 2e  2 Ag (s) </li></ul><ul><li>ÁNODO: oxidación Cu (s)  Cu 2+ (aq) + 2e </li></ul><ul><li>Global: 2 Ag + (aq) + Cu (s)  Cu 2+ (aq) +2 Ag (s) </li></ul>01/05/11 16:03 La energía generada en la reacción espontánea producida en una pila galvánica se manifiesta como energía eléctrica.
  8. 8. EQUILIBRIO DE CARGAS EN UNA PILA <ul><li>Los electrones se acumulan en la barra de Cu </li></ul><ul><ul><li>Negativa </li></ul></ul><ul><ul><li>Ánodo </li></ul></ul><ul><li>Por el circuito externo se dirigen hacia el cátodo donde son tomadas por los Ag + . </li></ul><ul><li>¡¡ATENCIÓN!! La disolución anódica queda cargada (+) y la catódica (-) y esto impediría el flujo de electrones. </li></ul><ul><li>Solución: PUENTE SALINO . </li></ul>NOTA: aunque un elemento pierda electrones, éstos nunca van a la disolución. ¡NUNCA HAY ELECTRONES LIBRES EN UNA DISOLUCIÓN!
  9. 9. PUENTE SALINO <ul><li>Para evitar el desequilibrio de cargas. Se busca la neutralidad eléctrica. </li></ul><ul><li>Iones (-) : difunden hacia el ánodo. </li></ul><ul><li>Iones (+) difunden hacia el cátodo. </li></ul>01/05/11 16:03
  10. 10. CONVENIO SOBRE ESQUEMA DE PILAS <ul><li>La semirreacción de oxidación se escribe a la izquierda con las especies separadas por una barra vertical (  ) </li></ul><ul><li>La semirreacción de reducción se escribe, de igual forma, a la derecha. </li></ul><ul><li>Ambos procesos se separan con una doble barra (   ) </li></ul>
  11. 11. ANÁLISIS CUANTITATIVO Potencial de electrodo - F.EM. (fuerza electromotriz de una pila) 01/05/11 16:03
  12. 12. FUERZA ELECTROMOTRIZ DE UNA PILA <ul><li>Def. es la fuerza electromotriz suministrada por la pila galvánica. </li></ul><ul><li>La f.e.m. de un electrodo depende de las concentraciones de las sustancias. </li></ul><ul><li>Fuerza electromotriz estándar o normal E o de una pila o electrodo: </li></ul><ul><ul><li>Concentración de iones 1 M. </li></ul></ul><ul><ul><li>Presión de los gases 1 atm. </li></ul></ul><ul><ul><li>Temperatura: 25 o C </li></ul></ul>f.e.m. = potencial cátodo - potencial ánodo E pila = E cátodo - E ánodo E o pila = E o cátodo - E o ánodo
  13. 13. IMPOSIBILIDAD DE MEDIR LA f.e.m. DE UN ELECTRODO <ul><li>EL ELECTRODO DE H </li></ul><ul><ul><li>No se pude medir Eo de un modo absoluto. </li></ul></ul><ul><ul><li>Se hace en relación con otro cuando forma una pila </li></ul></ul><ul><ul><li>Se toma como estándar el de H 2 </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Electrodo de platino </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Burbujro de H 2 (1 atm.) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>[H + ] = 1 M </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Se le asigna el valor de 0 ’ 00 v. </li></ul></ul></ul>01/05/11 16:03 2 H + (aq; 1M) + 2 e  H 2 (1 atm) ; E o H + /H 2 = 0 ’ 0 v a 25 o C
  14. 14. MEDIADA DEL POTENCIAL RELATIVO DE ELECTRODO <ul><li>El voltímetro mide el potencial del electrodo de cobre, pues el de hidrógeno es cero. </li></ul><ul><li>El valor es: + 0 ’ 34 v </li></ul>
  15. 15. SIGNIFICADO DEL POTENCIAL DE ELECTRODO <ul><li>Indica la tendencia de que se produzca en el electrodo una reducción. </li></ul><ul><li>Por eso se le llama también POTENCIAL DE REDUCCIÓN. </li></ul><ul><li>A mayor potencial de reducción. Mayor tendencia a reducirse (es más oxidante y menos reductor) </li></ul><ul><li>Cuanto más negativo sea el potencial de reducción de un electrodo, más reductor será. (por lo tanto el se oxidará) </li></ul>
  16. 16. PODER DE REDUCCIÓN DE UN ELECTRODO. SIGNIFICADO FÍSICO (1) <ul><li>Para el electrodo de cobre: </li></ul><ul><li>0 ’ 34 V = E o pila = E o Cu - E o H 2 = E o Cu = 0 ’ 43 > 0 </li></ul>CÁTODO (red.) Cu 2+ (aq) + 2e  Cu (s) ÁNODO (ex) H 2 (g)  2 H + (aq) + 2e Cu 2+ (aq) + H 2 (g)  Cu (s) + 2 H + (aq) El electrodo de cobre tiene más tendencia a reducirse que el de hidrógeno.
  17. 17. PODER DE REDUCCIÓN DE UN ELECTRODO. SIGNIFICADO FÍSICO (2) <ul><li>Para el electrodo de cadmio: </li></ul><ul><li>0 ’ 40 V = E o pila = E o H 2 - E o Cd= - E o Cd = -0 ’ 40 < 0 </li></ul>CÁTODO (red.) 2 H + (aq) + 2 e  H 2 (g) ÁNODO (ex) Cd (s)  Cd 2+ (aq) + 2e 2 H + (aq) + Cd (s)  Cd 2+ (aq) + H 2 (g) El electrodo de cadmio tiene menos tendencia a reducirse que el de hidrógeno.
  18. 18. SIGNIFICADO DEL POTENCIAL DE ELECTRODO <ul><li>Indica la tendencia de que se produzca en el electrodo una reducción. </li></ul><ul><li>Por eso se le llama también POTENCIAL DE REDUCCIÓN. </li></ul><ul><li>A mayor potencial de reducción. Mayor tendencia a reducirse (es más oxidante y menos reductor) </li></ul><ul><li>Cuanto más negativo sea el potencial de reducción de un electrodo, más reductor será. (por lo tanto el se oxidará) </li></ul>
  19. 19. PREDICCIÓN DE REACCIONES REDOX Una pila siempre tiene que tener f.e.m. positiva 01/05/11 16:03
  20. 20. TABLA DE POTENCIALES A mayor potencial de reducción, más oxidante es. Mide el desplazamiento del equilibrio a la derecha
  21. 21. ESTUDIO DE TABLA DE POTENCIALES <ul><li>Par oxidante-reductor conjugado: </li></ul><ul><ul><li>Difieren en “ n ” electrones </li></ul></ul><ul><ul><li>MnO 4 - (oxidante) / Mn 2+ (reductor) </li></ul></ul><ul><li>El mejor oxidante sería el F 2 y el peor el Li. </li></ul><ul><li>Au 3+ : oxidante fuerte (pues E o  ). Equilibrio desplazado a la derecha. Au será un reductor débil. </li></ul><ul><li>Mg 2+ : será un oxidante débil pues (pues E o  ) . El Mg será un reductor fuerte. </li></ul>
  22. 22. ¿CUANDO SE FORMA UNA PILA? <ul><li>Cuando el proceso es espontáneo, es decir, cuando E o pila > 0 </li></ul><ul><li>Ejemplo: Zn 2+ (aq) + Sn (s)  Zn (s) + Sn 2+ (aq) E o pila = E o ca´t - E o án = E o Zn - E o Sn = = -0 ’ 76 - (-0 ’ 14) = - 0 ’ 62 v. </li></ul><ul><li>No forma pila pues el cinc es más reductor que el estaño. Como se observa su fem es negativo. Debería ser: </li></ul><ul><li>Zn (s) + Sn 2+ (aq)  Zn 2+ (aq) + Sn (s) </li></ul>
  23. 23. Ejercicio resuelto : 259 01/05/11 16:03
  24. 24. PILA DANIELL AMPLIACIÓN 1 01/05/11 16:03
  25. 25. PILA DANIELL <ul><li>ÁNODO: barra de Zn en ZnSO 4 </li></ul><ul><li>CÁTODO: barra de Cu en CuSO 4 </li></ul>01/05/11 16:03
  26. 26. INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN EN LA F.E.M. DE UNA PILA. ECUACIÓN DE NERNST AMPLIACIÓN 2 01/05/11 16:03
  27. 27. INFLUENCIA DE LA [] EN FEM <ul><li>P.ej.: Zn (s)  Zn 2+ (1M)   Cu 2+ (1M)  Cu (s) E o = 1 ’ 1v </li></ul><ul><li>¿Qué pasaría si se modificasen las [iones] </li></ul><ul><li>Por le Chatelier, el aumento de uno o de otro desplazaría el equilibrio en un sentido o en otro, modificándose el valor de E o (o  o ) </li></ul><ul><li>Si  [Cu 2+ ] o  [Zn 2+ ] va a la derecha y  fem </li></ul><ul><li>Si  [Cu 2+ ] o  [Zn 2+ ] va a la izquierda y  fem </li></ul>01/05/11 16:03 Zn (s) + Cu 2+  Zn 2+ + Cu (s)
  28. 28. ECUACIÓN DE NERNST (1) <ul><li>Dada la ecuación aA + bB  cC + dD, se puede demostrar que: </li></ul><ul><li>Además:  G = -n .  . F y  G o = -n .  o . F </li></ul><ul><li>Sustituyendo: </li></ul>
  29. 29. ECUACIÓN DE NERNST (2) <ul><li>Operando: </li></ul><ul><li>Como a 25oC R, T y F son constantes, y aplicando que Ln Q = 2 ’ 3 . Log Q: </li></ul>01/05/11 16:03 Que es la expresión de la Ecuación de Nernst
  30. 30. CÁLCULO DE Kc EN UNA PILA GALVÁNICA <ul><li>Cuando Q = Kc, se cumple que  = 0. Entonces: </li></ul>
  31. 31. PROBLEMA RESUELTO Nº 6
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