17: La electroquímica
La electroquímica se trata con las reacciones químicas que producen la electricidad y los cambios asociados con el paso de la corriente eléctrica a través de la materia. Las reacciones involucran la transferencia de electrones, por eso son reacciones de oxidación-reducción (o redox). Muchos metales se pueden purificar o galvanizar usando los métodos electroquímicos. Los dispositivos como los automóviles, teléfonos inteligentes, tabletas electrónicas, relojes, marcapasos y muchos otros usan las baterías como energía. Las baterías usan las reacciones químicas que producen la electricidad de forma espontánea y que se pueden convertir en trabajo útil. Todos los sistemas electroquímicos involucran la transferencia de los electrones en un sistema de reacción. En muchos sistemas, las reacciones ocurren en una región conocida como la celda, donde la transferencia de los electrones ocurre en los electrodos.
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- 17.1: El equilibrio de las reacciones de oxidación-reducción
- Una corriente eléctrica consiste en una carga en movimiento. La carga puede ser electrones o iones. La corriente fluye a través de una trayectoria circular cerrada o ininterrumpida llamada un circuito. La corriente fluye a través de un medio conductor por una diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. El potencial eléctrico tiene las unidades de energía por carga. En unidades SI, la carga se mide en culombios (C), la corriente en amperios y el potencial eléctrico en voltios.
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- 17.2: Las celdas galvánicas
- Las celdas electroquímicas típicamente consisten en dos medias celdas. Las semiceldas separan la semirreacción de oxidación de la semirreacción de reducción y hacen posible que la corriente fluya a través de un cable externo. Una media celda contiene el ánodo y la oxidación ocurre en el ánodo. El ánodo está conectado al cátodo en la otra media celda y la reducción se produce en el cátodo. La adición de un puente salino completa el circuito permitiendo que fluya la corriente.
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- 17.3: Standard Reduction Potentials
- Asignar el potencial del electrodo de hidrógeno estándar (SHE) como cero voltios permite la determinación de potenciales de reducción estándar, E °, para semirreacciones en celdas electroquímicas. Como el nombre lo indica, los potenciales de reducción estándar usan estados estándar (1 bar o 1 atm para gases; 1 M para solutos, a veces a 298.15 K) y se escriben como reducciones (donde los electrones aparecen en el lado izquierdo de la ecuación).
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- 17.4: La ecuación de Nernst
- El trabajo eléctrico es el negativo del producto de la carga total (Q) y el potencial de la celda (Ecell). La carga total se puede calcular como el número de moles de electrones (n) multiplicado por la constante de Faraday (F = 96,485 C / mol e−). El trabajo eléctrico es el trabajo máximo que puede producir el sistema y es igual al cambio de energía libre. Así, cualquier cosa que se pueda hacer con un cambio de energía libre también se puede hacer con un potencial de celda.
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- 17.5: Batteries and Fuel Cells
- Las baterías son celdas galvánicas, o una serie de celdas, que producen una corriente eléctrica. Cuando las celdas se combinan en baterías, el potencial de la batería es un múltiplo entero del potencial de una sola celda. Hay dos tipos básicos de baterías: primaria y secundaria. Las baterías primarias son de "un solo uso" y no se pueden recargar. Las pilas secas y (la mayoría) de las pilas alcalinas son ejemplos de pilas primarias. El segundo tipo es recargable y se llama la batería secundaria.
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- 17.6: La corrosión
- La corrosión es la degradación de un metal causado por un proceso electroquímico. Cada año se gasta mucho dinero para reparar los efectos de la corrosión. Algunos metales, como el aluminio y el cobre, producen una capa protectora cuando se corroen en el aire. La capa delgada que se forma en la superficie del metal evita que el oxígeno entre en contacto con más átomos del metal y “protege” el metal restante de una mayor corrosión. El hierro se corroe (forma óxido) cuando se expone al agua.
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- 17.7: La electrolisis
- Usar electricidad para forzar que ocurra un proceso no espontáneo es electrólisis. Celdas electrolíticas son celdas con potenciales de celda negativos, por eso no son espontáneas. La electrólisis puede ocurrir en las celdas electrolíticas mediante la introducción de una fuente de alimentación, que suministra la energía para forzar a electrones a fluir en una dirección no espontánea. Electrólisis se realiza en soluciones que contienen suficientes iones para que la corriente pueda fluir.
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- 17.8: La electroquímica (Ejercicios)
- Estos son ejercicios de tarea para acompañar el mapa de texto creado para "Química" por OpenStax. Se pueden encontrar bancos de preguntas complementarios de química general para otros mapas de texto y se puede acceder aquí. Además de estas preguntas disponibles públicamente, el acceso al banco de problemas privado para su uso en exámenes y tareas está disponible para los profesores solo de forma individual; comuníquese con Delmar Larsen para obtener una cuenta con permiso de acceso.
Contribuyentes
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Paul Flowers (University of North Carolina - Pembroke), Klaus Theopold (University of Delaware) and Richard Langley (Stephen F. Austin State University) with contributing authors. Textbook content produced by OpenStax College is licensed under a Creative Commons Attribution License 4.0 license. Download for free at http://cnx.org/contents/85abf193-2bd...a7ac8df6@9.110 ).
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Ana Martinez ( amartinez02@saintmarys.edu ) contribuyó a la traducción de este texto.