Un electrodo es un conductor eléctrico utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito.docx

(1)

Un

Unelectrodoelectrodo_{es un}_{es un conductor eléctrico}_{conductor eléctrico}_{utilizado para hacer contacto con una parte}_{utilizado para hacer contacto con una parte}no metálicano metálica_{de un}_{de un circuito}_circuito_,, por_por ejemplo un

ejemplo un semiconductorsemiconductor,, un un electrolitoelectrolito,, el el vacíovacío(en una(en una válvula termoiónicaválvula termoiónica)), un gas (en una, un gas (en una lámpara de neónlámpara de neón)),, etc. La palabra fue acuñada por el científico

etc. La palabra fue acuñada por el científico Michael FaradayMichael Faradayy procede de las voces griegasy procede de las voces griegaselektronelektron_{, que significa}_{, que significa} ámbar

ámbar _{y de la que proviene la palabra}_{y de la que proviene la palabra}electricidad electricidad _{; y}_{; y}hodoshodos_{, que significa}_{, que significa}caminocamino_..11

Un

electrodo estándar de hidrógeno

también llamado también llamado

electrodo normal de hidrógeno

es un electrodo es un electrodo

redox

redoxque forma la base de laque forma la base de la tabla estándar de potenciales de electrodostabla estándar de potenciales de electrodos.. Su potencial absoluto se estima en Su potencial absoluto se estima en 4.40 ± 0.02 V a 25 °C, pero para realizar una base

4.40 ± 0.02 V a 25 °C, pero para realizar una base de comparación con cualquier otra reacción electde comparación con cualquier otra reacción elect rolítica,rolítica, el potencial electrolítico del

el potencial electrolítico del hidrógenohidrógeno (( E E 00) se fija como 0 en todas las temperaturas) se fija como 0 en todas las temperaturas..11

Los potenciales de cualquier otro electrodo se compara con el estándar a la misma temperatura. Los potenciales de cualquier otro electrodo se compara con el estándar a la misma temperatura. El electrodo de hidrógeno se basa en la semicelda

El electrodo de hidrógeno se basa en la semicelda redoxredox:: 2H

2H++(aq) + 2e(aq) + 2e-- → H→ H22(g)(g)

Esta reacción de oxidación-reducción ocurre en un electrodo de

Esta reacción de oxidación-reducción ocurre en un electrodo de platino platino.. El electrodo es sumergido en una solución ácida y se

El electrodo es sumergido en una solución ácida y se bombea hidrógeno gasesoso a través de el. Labombea hidrógeno gasesoso a través de el. La concentración de formas oxidadas y reducidas se mantiene como una unidad. Esto implica

concentración de formas oxidadas y reducidas se mantiene como una unidad. Esto implica que la presión deque la presión de hidrógeno gaseoso es igual a 1

hidrógeno gaseoso es igual a 1 bar bar y la concentración de hidrógeno en la solución es 1y la concentración de hidrógeno en la solución es 1 molmol.. Las

Las

celdas electroquímicas

son dispositivos que se utilizan para transformar energía química en eléctrica, o son dispositivos que se utilizan para transformar energía química en eléctrica, o para producir sustancias.

para producir sustancias.

El proceso involucrado puede ser una reacción química ordinaria, la transferencia de una especie química de El proceso involucrado puede ser una reacción química ordinaria, la transferencia de una especie química de un nivel de concentración a otro, etc. El requisito esencial es que debe ser posible realizarlo como resultante un nivel de concentración a otro, etc. El requisito esencial es que debe ser posible realizarlo como resultante de un proceso de oxidación y otro de reducción, cada uno de los cuales ocurre se

de un proceso de oxidación y otro de reducción, cada uno de los cuales ocurre se paradamente en unparadamente en un electrodo apropiado.

electrodo apropiado.

Las Celdas galváncias,

Las Celdas galváncias, son un dispositivo en el que la transferencia de electrones, (de la semireacción de son un dispositivo en el que la transferencia de electrones, (de la semireacción de oxidación a la semireacción de reducción), se produce a través de un circuito externo en vez de ocurrir oxidación a la semireacción de reducción), se produce a través de un circuito externo en vez de ocurrir directamente entre los reactivos; de esta m

directamente entre los reactivos; de esta m anera el flujo de anera el flujo de electrones (corriente electrica) puede ser utilizado.electrones (corriente electrica) puede ser utilizado.

¿Cómo funciona una celda galvánica? ¿Cómo funciona una celda galvánica?

En la

En la semicelda anódicasemicelda anódica ocurren las oxidaciones, mientras que en laocurren las oxidaciones, mientras que en la semicelda catódicasemicelda catódica ocurren las ocurren las reducciones. El

reducciones. El electrodo anódicoelectrodo anódico, conduce los electrones que son liberados en la reacción de oxidación, hacia, conduce los electrones que son liberados en la reacción de oxidación, hacia los

los conductores metálicosconductores metálicos. Estos conductores eléc. Estos conductores eléctricos conducen los tricos conducen los electrones electrones y los llevan hasta y los llevan hasta elel electrodoelectrodo catódico

catódico; los electrones entran así a la semicelda catódica produciéndose en ella la reducción.; los electrones entran así a la semicelda catódica produciéndose en ella la reducción.

Una reacción electroquímica la podemos definircomo

Una reacción electroquímica la podemos definircomouna reacción redox en la que eluna reacción redox en la que el intercambiointercambio

de electrones tiene lugar en un

de electrones tiene lugar en un electrodoelectrodo..El cambio químico es producido por el intercambio deEl cambio químico es producido por el intercambio de

electrones realizado entre un electrodo y un aceptor o donador de

electrones realizado entre un electrodo y un aceptor o donador de electrones en una disoluciónelectrones en una disolución....

Célula Galvanica

(2)

QUÉ ES LA

QUÉ ES LA FUERZA ELECTROMOTRIZ (FEM)

FUERZA ELECTROMOTRIZ (FEM)

Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una

dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.

cerrado.

A. Ci

A. Ci rrcuicui to eléto eléctrctriico abierto co abierto (sin (sin carga o rcarga o r eessiisstencia)tencia). Por . Por tantanto, no se to, no se eesstabltableece ce llaa ci

cirrculcul aciacióón n de la corde la cor rr iiente eente ellééctrctr iica desca desde la fde la f uuente de ente de FF EEM M (l(l a batera bateríía en esa en este caste caso). Bo). B .. Ci

Ci rrcuicui to elto elééctrctr iico cerrco cerr ado, con ado, con uunna cara car ga o rga o r esesiisstencitenci a acopla acopl ada, a tada, a trr avéavés de s de lla cua cual al sese e

esstabltableece ce lla cia cirrculcul ación de un ación de un ffllujuj o de coo de corrrr iieentnte ee ellééctrctriica deca dessde ede el l polpolo no neegatigativo hacivo haci a el pola el pol oo pos

posiititi vo de vo de lla fa fuente de Fuente de FEEM M o baterío batería.a.

El electrodo estándar de hidrógeno El electrodo estándar de hidrógeno

Consta de una pieza de platino sumergida en una disolución de concentración unidad de iones hidronio; Consta de una pieza de platino sumergida en una disolución de concentración unidad de iones hidronio; además, se burbujea hidrógeno gas a través de la superficie de platino en una corriente ininterrumpida, de además, se burbujea hidrógeno gas a través de la superficie de platino en una corriente ininterrumpida, de modo que la presión de hidrógeno se mantiene constante a 1 atmósfera. Es decir, se trata de un electrodo de modo que la presión de hidrógeno se mantiene constante a 1 atmósfera. Es decir, se trata de un electrodo de gas: (Pt) H

gas: (Pt) H22 (1 atm) / H (1 atm) / H++ ( 1 M ) ( 1 M )

Según que actúe como polo negativo o positivo en una pila, la reacción que tiene lugar en el

Según que actúe como polo negativo o positivo en una pila, la reacción que tiene lugar en el electrodo deelectrodo de hidrógeno es:

hidrógeno es:

ánodo : H

ánodo : H22 → 2 H→ 2 H++ + 2 e + 2 e-- ; Eº ; Eºoxioxi= 0,00 voltios= 0,00 voltios cátodo : 2 H

cátodo : 2 H++ + 2 e + 2 e--→ H→ H22 ; Eº ; Eºredred = 0,00 voltios = 0,00 voltios Este electrodo tiene como inconveniente su difícil

Este electrodo tiene como inconveniente su difícil manejo. Por esta razón, se usan otros electrmanejo. Por esta razón, se usan otros electrodos, másodos, más cómodos y que tienen un potencial fijo frente al hidrógeno. El más usado es el

cómodos y que tienen un potencial fijo frente al hidrógeno. El más usado es el electrodo de calomelanos,electrodo de calomelanos, constituido por mercurio líquido y una disolución saturada de Hg

constituido por mercurio líquido y una disolución saturada de Hg22ClCl22 y KCl 1 M, cuyo potencial a 25 ºC es y KCl 1 M, cuyo potencial a 25 ºC es 0,28 voltios frente al electrodo de hidrógeno.

0,28 voltios frente al electrodo de hidrógeno. Para determinar el potencial estándar

Para determinar el potencial estándar de un electrodo o semipila determinado (es decir, de un electrodo o semipila determinado (es decir, cuando lascuando las concentraciones de las sustancias

concentraciones de las sustancias que intervienen en la reacción son la unidad), se que intervienen en la reacción son la unidad), se forma una pila entre esteforma una pila entre este electrodo y el de hidrógeno y se mide el potencial (

electrodo y el de hidrógeno y se mide el potencial (siendo precisos, la diferencia de potencial) entre siendo precisos, la diferencia de potencial) entre loslos electrodos de la pila.

electrodos de la pila.

Activa en el simulador "Ver circulación de electrones", y recuerda que los electrones se mueven desde Activa en el simulador "Ver circulación de electrones", y recuerda que los electrones se mueven desde puntos de menor potencial eléctrico a puntos de may

puntos de menor potencial eléctrico a puntos de mayor potencial. Por tanto, el electrodo negativo (de menoror potencial. Por tanto, el electrodo negativo (de menor potencial) es en el que se produce la oxidación, ya que

potencial) es en el que se produce la oxidación, ya que en él se generan los electrones que van al electrodoen él se generan los electrones que van al electrodo en el que se produce la reducción, que es el

en el que se produce la reducción, que es el de mayor potencial.de mayor potencial.

Potencial de Electrodo

Al introducir una barra de zinc en agua, una pequeña parte de los átomos de Zn pasan a la

disolución en forma de cationes y al revés generándose una situación de equilibrio y una

diferencia de potencial conocida como el potencial de electrodo.

(3)

Estos potenciales individuales de electrodo no p

Estos potenciales individuales de electrodo no pueden calcularse

ueden calcularse

Por este motivo se

define un electrodo de referencia cuyo

define un electrodo de referencia cuyo potencial se considera por convenio igual a

potencial se considera por convenio igual a cero.

cero.

El electrodo de referencia es el electrodo de hidrógeno:2 H

++

+ 2 e H2

Se define el

potencial normal de electrodo

a 25 ºC y

a 25 ºC y actividad (o presión) igual a 1 (1 bar):

actividad (o presión) igual a 1 (1 bar):

0

(H

++

/H

22

) = 0

El potencial de electrodo depende fundamentalmente de tres

El potencial de electrodo depende fundamentalmente de tres factores:

factores:

Del tipo de metal

De la actividad de los iones

De la temperatura

Fuerza electromotriz (fem) en una celda electroquímica

La celda electroquímica es un dispositivo experimental para generar electricidad mediante una La celda electroquímica es un dispositivo experimental para generar electricidad mediante una reacción redox espontánea en donde la sustancia oxidante está separada de la reductora de reacción redox espontánea en donde la sustancia oxidante está separada de la reductora de manera que los electrones deben atravesar un alambre de la sustancia reductora hacia la manera que los electrones deben atravesar un alambre de la sustancia reductora hacia la oxidante.

oxidante.

En una celda el agente reductor pierde electrones por tanto se oxida. El electrodo en donde se En una celda el agente reductor pierde electrones por tanto se oxida. El electrodo en donde se verifica la oxidación se llama ánodo. En el otro electrodo la sustancia oxidante gana electrones y verifica la oxidación se llama ánodo. En el otro electrodo la sustancia oxidante gana electrones y por tanto se reduce. El electrodo en que se verifica la reducción se llama cátodo.

por tanto se reduce. El electrodo en que se verifica la reducción se llama cátodo.

La corriente eléctrica fluye del ánodo al cátodo porque hay una diferencia de energía potencial La corriente eléctrica fluye del ánodo al cátodo porque hay una diferencia de energía potencial entre los electrodos. La diferencia de potencial eléctrico entre el ánodo y el cátodo se mide en entre los electrodos. La diferencia de potencial eléctrico entre el ánodo y el cátodo se mide en forma experimental con un voltimetro, donde la lectura es el voltaje de la celda

forma experimental con un voltimetro, donde la lectura es el voltaje de la celda Tipos de celdas:

Tipos de celdas:

Cuba electrolítica, mostrando los electrodos y la fuente de alimentación que genera la corriente Cuba electrolítica, mostrando los electrodos y la fuente de alimentación que genera la corriente eléctrica.

eléctrica. 

 La celda voltaica transforma una reacción química espontánea en una corriente eléctrica,La celda voltaica transforma una reacción química espontánea en una corriente eléctrica, como las pilas y baterías. También reciben los nombres de celda galvánica, pila galvánica como las pilas y baterías. También reciben los nombres de celda galvánica, pila galvánica o pila voltaica.

o pila voltaica.

La celda electrolítica transforma una

La celda electrolítica transforma una corriente eléctrica en una rcorriente eléctrica en una reacción química de oxidación-reduccióneacción química de oxidación-reducción que no tiene lugar de modo espontáneo. En muchas de estas reacciones se descompone una sustancia que no tiene lugar de modo espontáneo. En muchas de estas reacciones se descompone una sustancia química por lo que dicho proceso recibe el nombre de electrolisis. También reciben los nombres de celda química por lo que dicho proceso recibe el nombre de electrolisis. También reciben los nombres de celda electrolítica o cuba electrolítica. A diferencia de la

electrolítica o cuba electrolítica. A diferencia de la celda voltaica, en la celda electrolítica, los celda voltaica, en la celda electrolítica, los dosdos

electrodos no necesitan estar separados, por lo que hay un sólo recipiente en el que tienen lugar las dos electrodos no necesitan estar separados, por lo que hay un sólo recipiente en el que tienen lugar las dos semirreacciones.

semirreacciones.

El potencial de la celda (E

El potencial de la celda (Eceldacelda)o fuerza electromotriz (fem) es una )o fuerza electromotriz (fem) es una medida de la habilidad de lamedida de la habilidad de la

reacción electroquímica para generar corriente eléctrica La fuerza electromotriz y el

(4)

eléctrico están vinculados: E

eléctrico están vinculados: E00 es el potencial estándar. Condiciones estandar : presión es 1 atm es el potencial estándar. Condiciones estandar : presión es 1 atm yy

las concentraciones iónicas son 1 M las concentraciones iónicas son 1 M

La posibilidad de obtener energía a partir

La posibilidad de obtener energía a partir de un proceso espontáneo está asociada a Ede un proceso espontáneo está asociada a Eceldacelda› 0› 0

q es la carga que circula q es la carga que circula n es el

n es el número de electrones asociados a la reacción y F es número de electrones asociados a la reacción y F es la constante de Faraday (96500 coul)la constante de Faraday (96500 coul) Relacionando

Relacionando el el con con algunas algunas cantidades cantidades termodinámicas termodinámicas permiten permiten saber saber la la espontaneidad espontaneidad de de unun proceso determinado. En una

proceso determinado. En una celda electroquímicacelda electroquímicatoda la energía química se transforma entoda la energía química se transforma en energíaenergía

eléctrica

eléctrica.. La carga eléctrica total que pasa a través de la celda es calculada por: La carga eléctrica total que pasa a través de la celda es calculada por:

Siendo la

Siendo la Constante de FaradayConstante de Faradayy y el el número número de de moles moles de de ee

_⁻⁻

. Como la. Como la femfem es el potencial máximo de laes el potencial máximo de la celda y e

celda y el trabajo l trabajo eléctrico eeléctrico es la cantis la cantidad máxdad máxima de traima de trabajo (bajo ( ) que se p) que se puede hacuede hacer, se lleger, se llega a la siguiea a la siguientente igualdad:

igualdad:

La

La energía libre de Gibbsenergía libre de Gibbs es laes la energía libre para hacer trabajoenergía libre para hacer trabajo, eso significa que el cambio de energía libre, eso significa que el cambio de energía libre representa la cantidad máxima

representa la cantidad máxima de trabajo útil que se obtiene de la reaccide trabajo útil que se obtiene de la reacción:ón:11

Si es

negativo

significa que hay energía libre significa que hay energía libre y por lo tanto la reaccióny por lo tanto la reacción

es espontanea

. Para que ocurra. Para que ocurra eso

eso el el debe serdebe ser

positivo

. . Caso Caso contrario contrario la la reacción reacción no no procede. procede. Para Para valores valores negativos negativos de de muymuy próximos a cero es posible que la reacción tampoco proceda deb

próximos a cero es posible que la reacción tampoco proceda debido a factores secundarios, como porido a factores secundarios, como por ejemplo el fenómeno de

ejemplo el fenómeno de sobretensiónsobretensión.. Una reacción espontánea puede ser utili Una reacción espontánea puede ser utilizada para generar zada para generar energíaenergía

eléctrica

eléctrica,, no es nada más ni nada menos que una no es nada más ni nada menos que una Pila de combustiblePila de combustible.. Mientras que a una reacción no Mientras que a una reacción no espontánea se le debe aplicar un suficiente potencial eléctrico para que la misma se lleve a cabo. Este espontánea se le debe aplicar un suficiente potencial eléctrico para que la misma se lleve a cabo. Este fenómeno es conocido como

fenómeno es conocido como ElectrólisisElectrólisis..11En una celda electroquímica, la relación entre En una celda electroquímica, la relación entre lala Constante deConstante de

equilibrio

equilibrio,, K K , y la energía libre de Gibbs se puede , y la energía libre de Gibbs se puede expresar de la siguiente manera:expresar de la siguiente manera:

Despejando

Despejando la la se se obtiene:obtiene:

Aplicando el logaritmo K en base base 10 y suponiendo que la reacción se

Aplicando el logaritmo K en base base 10 y suponiendo que la reacción se lleva a cabo a T=298K (25 °C),lleva a cabo a T=298K (25 °C), finalmente llegamos a la siguiente expresión:

finalmente llegamos a la siguiente expresión:

1 1

La

La fuerza fuerza electromotriz electromotriz EE de una pila es la diferencia de potencial entre sus electrodos en circuito abierto o ade una pila es la diferencia de potencial entre sus electrodos en circuito abierto o a corriente nula. Por convenio,

corriente nula. Por convenio,

E = E

E = E catcat- E - E anan

siendo

siendo E E catcatyy E E ananloslos potenciales de reducción potenciales de reducción del cátodo y del ánodo, respectivamente. La f.e.m. se mide con undel cátodo y del ánodo, respectivamente. La f.e.m. se mide con un

potenciómetro. potenciómetro.

(5)

La medida de la f.e.m. y su

La medida de la f.e.m. y su variación con la temperatura, determinada por elvariación con la temperatura, determinada por el coeficiente de temperaturacoeficiente de temperatura,, (∂

(∂ E/ E/ ∂∂T T )) P P , permiten calcular las funciones termodinámicas de reacción de la pila. Así, , permiten calcular las funciones termodinámicas de reacción de la pila. Así, a una temperaturaa una temperatura

determinada, determinada,  _{G = -Zfe}_{G = -Zfe}  _{H = ΔG + TΔS.}_{H = ΔG + TΔS.}