10: Electroquímica

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Elon Musk, un innovador en el campo del aprovechamiento de fuentes renovables para generar energía eléctrica ve un enorme potencial para que los autos eléctricos cambien la forma en que conducen los estadounidenses.

La venta de un auto deportivo eléctrico crea una oportunidad para cambiar fundamentalmente la forma en que conduce América.- Elon Musk

De hecho, he hecho una predicción de que dentro de 30 años la mayoría de los autos nuevos fabricados en Estados Unidos serán eléctricos. Y no me refiero a híbrido, me refiero completamente eléctrico.- Elon Musk

Dada la importancia de la producción de energía (y en particular, la producción a partir de fuentes renovables) a la que alude Richard Smalley en su discurso ante el Congreso de Estados Unidos (véase el capítulo 1), la visión de Elon Musk parece estar bien alineada con la prioridad de Smalley. La generación y consumo de energía eléctrica y cómo se aprovecha para hacer el trabajo en el universo se presta muy bien a la discusión en el marco de la termodinámica. En este capítulo, utilizaremos algunas de las cajas que hemos desarrollado para relacionar procesos electroquímicos con variables termodinámicas, y para enmarcar discusiones de algunos temas importantes.

10.1: Electricidad
En 1799, Alessandro Volta demostró que la electricidad podría generarse apilando discos de cobre y zinc sumergidos en ácido sulfúrico. Las reacciones que Volta produjo en su pila voltaica incluyeron procesos tanto de oxidación como de reducción que podrían considerarse como medias reacciones. Las medias reacciones pueden clasificarse como oxidación (la pérdida de electrones) que ocurre en el ánodo y reducción (la ganancia de electrones) que ocurre en el cátodo.
10.2: La conexión a ΔG
Un criterio de espontaneidad,\(\Delta G\) también indicó la cantidad máxima de trabajo no P-v que un sistema podría producir a temperatura y presión constantes. Y como somos trabajos no P-v, parece un ajuste natural extender esta discusión a la electroquímica.
10.3: Medias celdas y potenciales de reducción estándar
Al igual que G en sí, E solo se puede medir como una diferencia, por lo que se usa una convención para establecer un cero a la escala. Hacia este fin, la convención establece el potencial de reducción del electrodo estándar de hidrógeno (SHE) en 0.00 V.
10.4: Entropía de Celdas Electroquímicas
La función de Gibbs se relaciona con la entropía a través de su dependencia de la temperatura y se puede derivar una relación similar para la varianza de temperatura de E.
10.5: Células de concentración
La generación de una diferencia de potencial electrostático depende de la creación de una diferencia en el potencial químico entre dos medias celdas. Una manera importante en la que esto se puede crear es creando una diferencia de concentración. Usando la ecuación de Nernst, se puede expresar la diferencia de potencial para una célula de concentración (una en la que ambas medias células implican la misma semirreacción)
10.E: Electroquímica (Ejercicios)
Resumen para el Capítulo 10 “Electroquímica” en el Mapa de texto de Química Física de Fleming.
10.S: Electroquímica (Resumen)
Ejercicios para el Capítulo 10 “Electroquímica” en el Mapa de texto de Química Física de Fleming.