Proceso en el Electrodo

El análisis de un proceso de electrodo permite distinguir:El análisis de un proceso de electrodo permite distinguir:

•Transporte de especies electroactivas hacia el electrodoTransporte de especies electroactivas hacia el electrodo•Adsorción de las mismas en el electrodoAdsorción de las mismas en el electrodo•Transferencia de cargaTransferencia de carga•Desorción de productos de reacción del electrodoDesorción de productos de reacción del electrodo•Difusión de dichos productos hacia el seno de la disoluciónDifusión de dichos productos hacia el seno de la disolución•Reacciones químicas secundariasReacciones químicas secundarias•Formación de nuevas fasesFormación de nuevas fases

Entre 1800-1830 Michael Entre 1800-1830 Michael Faraday físico y químico ingles, Faraday físico y químico ingles, realizó estudios cuantitativos realizó estudios cuantitativos referente a la relación entre la referente a la relación entre la cantidad de electricidad que pasa cantidad de electricidad que pasa por una solución y resultado de por una solución y resultado de sus investigaciones las enuncio sus investigaciones las enuncio entre los años 1833-1834 en las entre los años 1833-1834 en las leyes que tienen su nombre.leyes que tienen su nombre.

En honor a Faraday, a la carga de un mol de electrones se le dió el nombre de faradio, F , ahora se recomienda utilizar el nombre de constante de Faraday para F.

1 F = 1,6022. 101 F = 1,6022. 10-19-19 C/electrón C/electrón

(6,02.1023 electrones/mol ) = 96.500 (6,02.1023 electrones/mol ) = 96.500 C/molC/mol

"...(1) el poder químico de una corriente de "...(1) el poder químico de una corriente de electricidad está en proporción directa de la electricidad está en proporción directa de la cantidad absoluta de electricidad que pasa..."cantidad absoluta de electricidad que pasa..."

La masa de una sustancia depositada por una La masa de una sustancia depositada por una corriente eléctrica en una electrólisis es corriente eléctrica en una electrólisis es proporcional a la cantidad de electricidad que proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por el electrodo.pasa por el electrodo.

"...(2) los pesos equivalentes de las "...(2) los pesos equivalentes de las substancias son simplemente aquellas substancias son simplemente aquellas cantidades de ellas que contienen cantidades de ellas que contienen cantidades iguales de electricidad..."cantidades iguales de electricidad..."

Las cantidades de sustancias electrolíticas Las cantidades de sustancias electrolíticas depositadas por la acción de una misma depositadas por la acción de una misma cantidad de electricidad son cantidad de electricidad son proporcionales a las masas equivalentes de proporcionales a las masas equivalentes de las sustancias.las sustancias.

Lab. de Faraday en el Royal Institut. Museo de la Ciencia, Londres

1. En una electrólisis, los productos de descomposición electroquímica aparecerán en los electrodos y no en el seno del electrolito.

1. Los metales de las sales y de las bases de los ácidos de hidrógeno aparecerán en el cátodo y el resto de la molécula conjuntamente con sus productos de descomposición en el ánodo.

3. La masa del metal depositado sobre el cátodo por electrólisis es proporcional a la cantidad de corriente que atraviesa la celda y a la masa atómica (A) del metal e inversamente proporcional a la carga del mismo.

tin

A

F

1m

Es decir:

F = número de Faraday (96500 coulombios), n = número de F = número de Faraday (96500 coulombios), n = número de electroneselectronesi = corriente en amperios, t = segundos y A = gramosi = corriente en amperios, t = segundos y A = gramos

¿Cuándo ocurre un proceso farádico ¿Cuándo ocurre un proceso farádico y cuando uno no farádico?y cuando uno no farádico?

Un proceso farádico ocurre cuando hay Un proceso farádico ocurre cuando hay transferencia transferencia de electrones a través de la interfase metal-soluciónde electrones a través de la interfase metal-solución, , pudiendo esto provocar oxidación o bien reducción de pudiendo esto provocar oxidación o bien reducción de los componentes del sistema. Todos los procesos que los componentes del sistema. Todos los procesos que poseen éstas características se dicen que cumplen con poseen éstas características se dicen que cumplen con la la ley de Faradayley de Faraday y se los llama y se los llama procesos farádicosprocesos farádicos..

Los electrodos donde tienen lugar los procesos farádicos se les denomina Electrodos de transferencia de carga.

En este caso no hay paso de ningún tipo de En este caso no hay paso de ningún tipo de carga por la interfase, es decir que la corriente carga por la interfase, es decir que la corriente puede circular (al menos transitoriamente) puede circular (al menos transitoriamente) cuando el potencial o la composición de la cuando el potencial o la composición de la solución cambie.solución cambie.

Un proceso no farádico, son todos aquellos procesos Un proceso no farádico, son todos aquellos procesos (como por ejemplo adsorción o desorción) donde la (como por ejemplo adsorción o desorción) donde la estructura electrodo-solución, varía con el potencial y la estructura electrodo-solución, varía con el potencial y la composición de la solución.composición de la solución.

ELECTRODO IDEALMENTE ELECTRODO IDEALMENTE POLARIZADO, EIPPOLARIZADO, EIP

aquel electrodo en donde no aquel electrodo en donde no se da lugar a transferencia de se da lugar a transferencia de carga en la interfase metal-carga en la interfase metal-solución cuando al mismo se solución cuando al mismo se le impone un potencial le impone un potencial externo.externo.

Dispositivo que almacena carga eléctrica. En su forma más sencilla, un condensador está formado por dos placas metálicas (armaduras) separadas por una lámina no conductora o dieléctrico.

Al conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa.

Condensador

Carga eléctrica elementalCarga eléctrica elemental

• Unidad fundamental de carga eléctrica, Unidad fundamental de carga eléctrica, coincidente con la carga del coincidente con la carga del electrón y con la del y con la del protón. .

• Considerada la materia en su conjunto como Considerada la materia en su conjunto como eléctricamente neutra, debido a la eléctricamente neutra, debido a la compensación entre las cargas positivas y las compensación entre las cargas positivas y las negativas, se considera que un cuerpo está negativas, se considera que un cuerpo está cargado o que posee carga eléctrica cuando cargado o que posee carga eléctrica cuando existe un desequilibrio o desigual reparto de existe un desequilibrio o desigual reparto de cargas, que se manifiesta por una serie de cargas, que se manifiesta por una serie de hechos cuyo fundamento estudia la hechos cuyo fundamento estudia la electrostática. electrostática.

• La carga eléctrica constituye una magnitud La carga eléctrica constituye una magnitud fundamental que, en los fenómenos eléctricos, fundamental que, en los fenómenos eléctricos, desempeña un papel semejante al de la masa desempeña un papel semejante al de la masa en los fenómenos mecánicos. La unidad de en los fenómenos mecánicos. La unidad de medida de carga eléctrica es el medida de carga eléctrica es el franklin en el en el sistema CGS, y el sistema CGS, y el culombio en el sistema en el sistema internacional (SI). internacional (SI).

• La botella de Leyden es un condensador simple en el que las dos placas conductoras son finos revestimientos metálicos dentro y fuera del cristal de la botella, que a su vez es el dieléctrico. La magnitud que caracteriza a un condensador es su capacidad, cantidad de carga eléctrcia que puede almacenar a una diferencia de potencial determinado.

Primer CondensadorPrimer Condensador

• Los condensadores tienen un límite para Los condensadores tienen un límite para la la carga eléctrica que pueden almacenar, que pueden almacenar, pasado el cual se perforan. pasado el cual se perforan.

• Pueden conducir corriente continua durante Pueden conducir corriente continua durante sólo un instante, aunque funcionan bien sólo un instante, aunque funcionan bien como conductores en circuitos de corriente como conductores en circuitos de corriente alterna. Esta propiedad los convierte en alterna. Esta propiedad los convierte en dispositivos muy útiles cuando debe dispositivos muy útiles cuando debe impedirse que la corriente continua entre a impedirse que la corriente continua entre a determinada parte de un circuito eléctrico. determinada parte de un circuito eléctrico. Los condensadores de capacidad fija y Los condensadores de capacidad fija y capacidad variable se utilizan junto con las capacidad variable se utilizan junto con las bobinas, formando circuitos en resonancia, bobinas, formando circuitos en resonancia, en las radios y otros equipos electrónicos. en las radios y otros equipos electrónicos. Además, en los tendidos eléctricos se utilizan Además, en los tendidos eléctricos se utilizan grandes condensadores para producir grandes condensadores para producir resonancia eléctrica en el cable y permitir la resonancia eléctrica en el cable y permitir la transmisión de más potencia. transmisión de más potencia.

Corriente• Si dos cuerpos de carga igual y

opuesta se conectan por medio de un conductor metálico, por ejemplo un cable, las cargas se neutralizan mutuamente. Esta neutralización se lleva a cabo mediante un flujo de electrones a través del conductor, desde el cuerpo cargado negativamente al cargado positivamente (en ingeniería eléctrica, se considera por convención que la corriente fluye en sentido opuesto, es decir, de la carga positiva a la negativa). En cualquier sistema continuo de conductores, los electrones fluyen desde el punto de menor potencial hasta el punto de mayor potencial. Un sistema de esa clase se denomina circuito eléctrico. La corriente que circula por un circuito se denomina corriente continua (c.c.) si fluye siempre en el mismo sentido y corriente alterna (c.a.) si fluye alternativamente en uno u otro sentido.

CorrienteCorriente

Corriente contínuaCorriente contínua

CapacidadCapacidad• Aptitud de un Aptitud de un condensador de conservar una de conservar una

carga, determinada por el tamaño de sus , determinada por el tamaño de sus armaduras, y por el espesor y permitividad del armaduras, y por el espesor y permitividad del dieléctrico que las separa. que las separa.

• La capacidad de un La capacidad de un condensador se obtiene de se obtiene de dividir la dividir la carga Q almacenada por la diferencia Q almacenada por la diferencia de potencial entre las armaduras. La unidad de de potencial entre las armaduras. La unidad de medida es el faradio (F) en honor a medida es el faradio (F) en honor a Faraday..

Capacidad de unCapacidad de un CondensadorCondensador

• Un condensador está constituido por Un condensador está constituido por dos placas metálicas separadas por un dos placas metálicas separadas por un material dieléctrico cuyo material dieléctrico cuyo comportamiento obedece a la ecuación:comportamiento obedece a la ecuación:

donde q = carga del condensador; E = donde q = carga del condensador; E = potencial que pasa a través del condensador potencial que pasa a través del condensador (V) y C es la capacidad en Faradios(V) y C es la capacidad en Faradios

E

qC

Interpretar la carga de un condensador, es pensar que en una de las placas hay contenido un exceso de e, mientras que en la otra placa hay un defecto de e.

Analogía entre la Analogía entre la interfase metal-solución y interfase metal-solución y

un condensadorun condensador

A un potencial dado, el electrodo A un potencial dado, el electrodo metálico lleva una carga, que la metálico lleva una carga, que la llamaremos qllamaremos qMM y la solución una carga q y la solución una carga qSS ..

Uno puede hacer que la carga sobre el Uno puede hacer que la carga sobre el metal sea positiva o negativa metal sea positiva o negativa dependiendo de la composición de la dependiendo de la composición de la solución y del potencial que atraviese la solución y del potencial que atraviese la interfase. interfase.

SM qq

En este caso,En este caso, lla carga del metal qa carga del metal qMM y representa el exceso o defecto y representa el exceso o defecto de e y ella se encuentra en una de e y ella se encuentra en una capa extremadamente delgada (< capa extremadamente delgada (< 0.1Å) en la superficie del metal.0.1Å) en la superficie del metal.

La carga en la solución qLa carga en la solución qSS está está constituida por un exceso bien constituida por un exceso bien sea de cationes o aniones vecinos sea de cationes o aniones vecinos a la superficie del electrodo.a la superficie del electrodo.

Sí dividimos las cargas qSí dividimos las cargas qMM y q y qSS por unidad de área, por unidad de área, obtenemos una ecuación que obtenemos una ecuación que llamaremos densidad de carga llamaremos densidad de carga ::

A

qσ

MM

las unidades generalmente empleadas son C/cm2

Las propiedades de la interfase Las propiedades de la interfase dependen de la naturaleza del electrodo dependen de la naturaleza del electrodo y de las características de la disolución, y de las características de la disolución, entre esas propiedades podemos citar:entre esas propiedades podemos citar:

• fuerzas eléctricas de las especies fuerzas eléctricas de las especies junto al electrodojunto al electrodo

• interacciones químicasinteracciones químicas• ordenación de la propia interfaseordenación de la propia interfase

en consecuencia: en consecuencia:

La distribución de carga en la La distribución de carga en la interfase no es uniforme y se interfase no es uniforme y se originan diferencias de potencial originan diferencias de potencial entre el interior del metal y el entre el interior del metal y el seno de la disoluciónseno de la disolución