Electroquímica.-

Introducción:

La electroquímica estudia las reacciones químicas producidas por acción de la corriente eléctrica (electrólisis) así como la producción de una corriente eléctrica mediante reacciones químicas (pilas, acumuladores), en pocas palabras, es el estudio de las reacciones químicas que producen efectos eléctricos y de los fenómenos químicos causados por la acción de las corrientes o voltajes.

Las Reacciones Químicas que intervienen en estos procesos son de tipo redox.

Atomo: Es la unidad más pequeña de un elemento químico. En la filosofía de la antigua Grecia, la palabra átomo se empleaba para referirse a la parte más pequeña de materia que podía concebirse. Esa “partícula fundamental”, por emplear el término moderno para ese concepto, se consideraba indestructible. En Griego, átomo significa “no divisible”. El conocimiento del tamaño y la naturaleza del átomo avanzó muy lentamente a lo largo de los siglos ya que la gente se limitaba a especular sobre él.

Con la llegada de la ciencia experimental en los siglos XVI y XVII, los avances en la teoría atómica se hicieron más rápidos. Los químicos se dieron cuenta muy pronto de que todos los líquidos, gases y sólidos pueden descomponerse en sus constituyentes últimos, o elementos.

La curiosidad acerca del tamaño y masa del átomo atrajo a cientos de científicos durante un largo periodo en el que la falta de instrumentos y técnicas apropiadas impidió lograr respuestas satisfactorias. Posteriormente se diseñaron numerosos experimentos ingeniosos para determinar el tamaño y peso de los diferentes átomos. El átomo más ligero, el de hidrógeno, tiene un diámetro de aproximadamente 10-10 m (0,0000000001 m) y una masa alrededor de 1,7 × 10-27 kg. (la fracción de un kilogramo representada por 17 precedido de 26 ceros y una coma decimal). Un átomo es tan pequeño que una sola gota de agua contiene más de mil trillones de átomos.

Una serie de descubrimientos importantes realizados hacia finales del siglo XIX dejó claro que el átomo no era una partícula sólida de materia que no pudiera ser dividida en partes más pequeñas.

Ión: Partícula que se forma cuando un átomo neutro o un grupo de átomos ganan o pierden uno o más electrones. Los átomos pueden transformarse en iones por radiación de ondas electromagnéticas con la suficiente energía. Este tipo de radiación recibe el nombre de radiación de ionización.

Anión: Un átomo que gana un electrón forma un ion de carga negativa, llamado anión.

Catión: Un átomo que pierde un electrón forma un ion de carga positiva, llamado catión.

Electrolito: Es toda sustancia iónica que en solución se descompone al pasar la corriente eléctrica. Cuerpo que se somete a electrólisis.

Los electrolitos son fuertes cuando dejan pasar fácilmente la corriente eléctrica, pero cuando no lo hacen sino la dejan pasar débilmente, esto es por contener pocos iones, es decir que no son fuertes.

Electrodo: Componente de un circuito eléctrico que conecta el cableado convencional del circuito a un medio conductor como un electrólito o un gas. La batería seca común utiliza un ánodo de carbono y un cátodo de cinc en contacto con una disolución electrolítica. Los electrodos de arco voltaico están fabricados con carbono y los electrodos empleados en la soldadura por arco están elaborados con un metal revestido de fundente. Los electrodos de los tubos de vacío están fabricados con carbono y diversos metales y aleaciones, según el uso al que estén destinados. En el caso más cercano a la electrólisis; son conductores metálicos sumergidos en el electrolito.

Celda Electrolítica: Es un recipiente que contiene la solución electrolítica y los electrodos.

Oxidación: Es la mezcla de un metal o no metal con el oxígeno; la mezcla de un metal con oxígeno da origen a un óxido básico y la mezcla de un no metal con el oxígeno proporciona un óxido o anhídrido.

Reducción: Es la acción de separación, que se somete a un cuerpo para retirarle la parte de oxígeno que tiene.

Potencial de Ionización: Es la capacidad que tiene un gas para dejar formarse iones en él.

Electronegatividad: Se le llama a aquel cuerpo que en la electrólisis se dirige al polo positivo.

Afinidad Electrónica: Es la fuerza que une a los átomos para formar las moléculas.

Agente Oxidante:

Agente Reductor:

La Electrólisis es la descomposición de una sustancia por medio de la corriente eléctrica. Los elementos indispensables para que se produzca la electrólisis son ele electrolito, los electrodos y la celda electrolítica.

Cuando los electrodos se conectan a una fuente de electricidad y se sumergen en una solución electrolítica, los iones positivos van formando el cátodo (ganan electrones y se reducen), los iones negativos van formando el ánodo (pierden electrones y se oxidan). Se produce una reacción Redox.

La electrólisis es muy sencilla, acá hay un ejemplo de electrólisis.

La electrólisis puede servir para muchas cosas, como para formar capas protectoras (niquelado, cromado, plateado), para reponer algunas superficies, hasta para separar los metales de sus minerales (minería).

Para hacer una electrólisis simple solo necesitas, la solución a la cual vas a descomponer (electrolito), una fuente de corriente eléctrica, los electrodos y las celdas electrolíticas.

Colocas la solución en un recipiente, a esta le colocas dentro las celdas electrolíticas, con un conductor de corriente o cable de corriente, conectas cada uno a cada polo de una batería y si deseas también le puedes agregar una bombilla, en uno de los conductores eléctricos, para que te percates que la electricidad se encuentra en circulación.

Las aplicaciones son variadas, unos ejemplos son:

Para fabricar joyería, bueno... en teoría, ya que me refiero a un metal cualquiera, el cual fue “bañado” en algún metal precioso como es el oro o la plata.

El Galvanizado: Se utiliza para recubrir al hierro con alguna sustancia como puede ser el Zinc, esto para que no se oxide. En el cátodo colocas una pieza de hierro, entonces los iones de Zn se reduce a Zn , produciéndose un recubrimiento de Zinc sobre la superficie de hierro.

Electrorrefinado: Es la forma de obtener cobre de alta pureza, lo cual se utiliza industrialmente.

Se utilizan cátodos de Titanio (Ti) y ánodos de Cobre con impurezas (cobre blister). La disolución electrolítica contiene iones Cu , cuando esta se conecta , el ánodo de cobre blister se empieza a disolver , ya que los átomos de Cu se oxidan y pasan a la disolución como cationes Cu .

Las impurezas no reaccionan y se van quedando, y los iones de Cu se van depositando en el cátodo de Titanio formando cobre de alta pureza.

El Italiano Alejandro Volta fue el primero en crear y construir la primera pila química que produjera un flujo de electrones. En su honor se ha dado el nombre de voltio a la unidad de medida de tensión eléctrica.

A este hombre le fascinaban las ranas, “galvanizadas”, como se las llamó. Vio que se necesitaban tres únicas cosas para producir este efecto (cobre, hierro y el tejido muscular de la rana). Realizó una hipótesis la cual decía que los metales y los líquidos sufrían una acción química. Así nació la idea que una reacción química puede producir una fuerza eléctrica.

Las Pilas son dispositivos electroquímicos que transforman la energía química en energía eléctrica, también hay pilas que transforman en energía eléctrica la energía solar o radioactiva. La Batería es un acumulador de energía eléctrica, la cual está conformada por varias pilas conectadas una tras otra.

La semejanza entre estas es que ambos produce energía, si se hallan cuatro pilas de 2v cada una en un acumulador o batería, la carga de la batería sera de 8v. Las pilas en las que el producto químico no puede volver a su forma original una vez que la energía ha sido convertida (es decir, que las pilas se han descargado), se llaman pilas primarias o voltaicas. Las pilas en las que el producto químico puede ser reconstituido pasando una corriente eléctrica a través de él en dirección opuesta a la operación normal de la pila, se llaman pilas secundarias o acumuladores.

Todas las pilas consisten en un electrólito (que puede ser líquido, sólido o en pasta), un electrodo positivo y un electrodo negativo. El electrólito es un conductor iónico; uno de los electrodos produce electrones y el otro electrodo los recibe. Al conectar los electrodos al aparato que hay que alimentar, llamado carga, se produce una corriente eléctrica.

La Pila seca, inventada por el químico francés Georges Leclanché en los años sesenta. La pila seca que se utiliza hoy es muy similar al invento original. El electrólito es una pasta consistente en una mezcla de cloruro de amonio y cloruro de cinc. El electrodo negativo es de cinc, igual que la parte exterior de la pila, y el electrodo positivo es una varilla de carbono rodeada por una mezcla de carbono y dióxido de manganeso. Esta pila produce una fuerza electromotriz de unos 1,5 V.

A la izquierda se ve una sencilla pila eléctrica, que consiste en una varilla de zinc y otra de carbón en una solución de sal, amoniaco y agua. La acción química que se provoca entre el zinc y la solución provoca un exceso de electrones en la varilla de zinc y una falta de ellos en la de carbón. Cuando el zinc es conectado exteriormente con el carbón, los electrones sobrantes fluyen del zinc al carbón. En la pila del centro, la acción es casi la misma, solo que la solución es diferente y las varillas son de zinc y cobre. En la tercera pila, se ve una sección de una pila seca. El recipiente es de zinc, la varilla del centro de carbón y; entre ambos, está apretada una húmeda pasta de sal amoniaco. La acción química es la misma que en las otras dos pilas.

Corte de una pila seca...

Las pilas tienen diversas aplicaciones tanto en los hogares como en las industrias. En los hogares mayormente se utilizan para radios, juguetes máquinas de afeitar, linternas, etc. Luego se pueden utilizar en el carro, pero ojo, la del carro no es una pila, sino una batería, ya que esta necesita una carga de voltaje más alta que la que puede producir una simple pila. En las industrias también son necesarias para maquinarias en general.

Las pilas en el mayor de los casos tienen que ir mas de una en cualquier objeto en que las utilices, esto se debe a que la mayoría de objetos necesitan mucho mas voltaje de lo que proporciona una sola pila; puedes encontrar dos tipos de conexiones para las pilas, una es en paralelo y otra en serie, te puedes dar cuanta fácilmente de cómo están conectadas, si las pilas se encuentran mirando las dos para un solo lado, esto significa que se encuentra conectado en paralelo; pero si las encuentras mirando una para un lado o una tras otra, significa que están conectadas en serie.

Bibliografía:

• Rances (sopena 2000)

Editoral Ramon Sopena s.a. Barcelona

• Química Inorgánica y Orgánica

Editarial Santillana. Perú

• Nueva Enciclopedia Temática (tomo 2 y 7)

Editarial Richards s.a. Panamá

• Enciclopedia Encarta 97

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