metodos electroquimicos para el tratamiento de agua reiduales

7/26/2019 metodos electroquimicos para el tratamiento de agua reiduales

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Unidad 1. Fundamentos de Electroqumica

Prof. Sabino Menolasina

Asignatura: Electroqumica


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Contenido

Breve resea histrica de la Electroqumica

Conceptos bsicos de electroqumica

Leyes de Faraday de Electrolisis


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Breve resea histrica de la

Electroqumica


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La Electroqumica se inicia con los estudios realizados por LuisGalvani (1791) y Alessadro Volta (1800)

Luis Galvani (1791) Electricidad animal

Alessadro Volta (1800) No existencia de la Electricidad animal

Las contracciones enlos msculos de larana eran causadaspor la circulacin dedescargas elctricaspropias de los nervioso msculos

Las contracciones en losmsculos de la rana no erancausadas por la circulacin de

descargas elctricas propias delos nervios o msculos, sinopor la sensibilidad de stospara detectar perturbacionesexternas cuando se unan atravs de un cable. Observ queel efecto dependa del nervio o

msculo excitado. As, por

ejemplo, cuando el contacto se

hacia sobre la lengua producauna sensacin de sabor cido,

pero no contracciones.


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En 1805, Theodor von Grotthuss (el paso de corriente a travs de unasolucin electroltica se debe a la descomposicin y recombinacin de laspartculas que conforman la solucin electroltica).

En 1807, Humphry Davy menciona por primera vez la palabraElectroqumica.

En 1812, Jons Jakob Berzelius propone la teora electroqumica deformacin de compuestos.

En 1821, Michael Faraday comienza a estudiar el fenmeno del campomagntico alrededor de un conductor elctrico (principio del motorelctrico).


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En 1830 se inicia en Inglaterra una industria de electrodeposicin demetales preciosos, que permiti desde ese momento el desarrollo detcnicas de electrocopiado abaratando as el costo en la elaboracin delibros y material de imprenta.


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En 1831, Faraday descubre cmo convertir la fuerza magntica enelctrica, dando origen con ello a lo que se conoce hoy en da comogenerador elctrico.

Introduce los conceptos de ctodo, nodo, electrodo,in, catin y anin

En 1834, Faraday estableci las leyes que hoy en da llevan su nombre(leyes de Faraday)

Conversin de la energa cintica y potencial de las aguas en energa hidrulicapara su posterior conversin en energia electrica


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En 1834, Faraday estableci las leyes que hoy en da llevan su nombre(leyes de Faraday) . Se introducen los conceptos de ctodo, nodo,electrodo, in, catin y anin


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En 1836, John Daniell construy una celda electroqumica que poda liberar unacorriente constante por un largo perodo de tiempo.


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En 1839, William R. Grove construye la primera celda combustible dehidrgeno-oxgeno.


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En 1840, el recubrimiento con metales preciosos por electrlisis comienza adesarrollarse.

Ese mismo ao, James Prescott Joule, uno de los descubridores delprincipio de la conservacin de la energa, utiliza los efectos trmicos de la

electricidad voltaica para establecer la primera Ley de la Termodinmica.

A partir de la segunda mitad del siglo XIX se comienzan a desarrollardiferentes teoras que, junto con las leyes de Faraday, establecen las basesfundamentales de lo que hoy conocemos como Electroqumica.

En 1859, Gaston Plante trabaj sobre las bateras cidas de plomo, dandoorigen as a una robusta tecnologa en el campo de las baterasrecargables


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En 1866, Georges Leclanche desarroll la batera de dixido de magnesio-zinc(pionera de la pequea batera seca que se usa actualmente).

En 1879, Hermann von Helmholtz reconoci que existe una separacin de cargaselctricas en la interfase electrodo-solucin, dando as origen a la investigacin de ladoble capa elctrica en el campo de la Electroqumica fundamental.

En 1884, Svante A. Arrhenius, Premio Nbel en 1903, defiende su tesis doctoralacerca de la disociacin de sales en agua sin el paso de una corriente elctrica. Susinvestigaciones revelaron que las conductividades moleculares aumentaban con ladilucin.


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En 1886, Charles M. Hall y Paul Heroult, trabajando independientemente, desarrollanun proceso para producir aluminio electroqumicamente.


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En 1887, Jacobus Henricus van Hoff, Premio Nbel en 1901, reconoce la analogade las soluciones diluidas con los gases al aplicar la segunda Ley de laTermodinmica (Ley de Entropa) a la teora de soluciones.

En 1888, Wilhelm Ostwald, Premio Nbel en 1909, publica la Ley de lasDisoluciones, la cual muestra cmo el grado de ionizacin de un electrolitodepende de su concentracin en la solucin.

En 1889, Walther Nernst, Premio Nbel en 1920, desarrolla una ecuacinmatemtica para la fuerza electromotriz desarrollada por un determinado sistemaelectroqumico.


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En 1890 se comienzan a desarrollar procesos electroqumicos para laproduccin de ciertas sustancias qumicas (sosa custica, cloro), y HenriMoissan, Premio Nbel en 1906, inventa el horno elctrico.

En 1897, Joseph John Thomson, Premio Nbel en 1906, a travs de una serie deexperimentos sobre conductividad elctrica de los gases llevados a cabo apresiones muy bajas y altos voltajes, identifica al electrn como una partculaconstituyente del tomo.


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A comienzos del siglo XX, en 1901, Thomas A. Edison y Waldemar Jungnerinventaron la primera batera alcalina recargable.


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En 1903, la Sociedad Faraday es establecida para la discusin de

tpicos relacionados con la electroqumica y reas afines.

En 1904, Fritz Haber, Premio Nbel en 1918, trabajando sobre lainvestigacin de Emil Warburg y otros cientficos sobre conductoresslidos inicos, demostr que las leyes de Faraday predicen lacantidad de masa transportada por una determinada corriente.

En 1908, Lawrence Henderson comenz a trabajar sobre el equilibriocido-base del cuerpo humano.


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En 1909, Soren Sorensen introduce el concepto de pH como una medida deacidez.

En 1910, Louis-Georges Gouy y David L. Chapman desarrollaron un tratamientomatemtico de la doble capa elctrica en la interfase electrodo-solucin.

En 1911, Heike Kamerlingh-Onnes, Premio Nbel en 1913, reconoce el

fenmeno de la superconductividad de algunas sustancias a temperaturascercanas al cero absoluto de temperatura.

Ese mismo ao, Frederick George Donnan estudia el potencial elctrico en unamembrana semipermeable entre dos electrolitos, un tpico de bastante intersen el estudio del comportamiento de las clulas vivas.


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En 1912, Julius Bernstein publica Elektrobio logie, en la cual la electroqumica esaplicada al estudio de la membrana celular.

En 1922, Jaroslav Heyrovsky, Premio Nbel en 1959, desarrolla la tcnicaelectroqumica llamada Polarografa, usando un electrodo de gota de mercurio parael anlisis de iones en solucin por electrlisis.

Entre 1923-1927, Peter J. W. Debye, Premio Nbel en 1936, Erich HTMckel, yLars Onsager, Premio Nbel en 1960, explicaron en diferentes trabajos por qula teora de ionizacin de Arrhenius no funcionaba bien, describiendo en ellosque esto se deba a que cada in en solucin est en realidad rodeado de unanube de iones de cargas opuestas.

En 1930, usando conceptos de mecnica cuntica, Alan H. Wilson, John C.Slater y Nevill F. Mott, Premio Nbel en 1977, con John H. Van Vleck y Philip W.Anderson, desarrollaron la teora de bandas que explica el fenmeno de lasemiconductividad.


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En 1935, Arnold O. Beckman inventa el primer equipo electrnico de medida depH.

En 1938, Wagner y Wilhelm Traud proporcionan las bases tericas para elentendimiento electroqumico del proceso de corrosin en un medioelectroltico.


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A partir de 1950, un intensivo trabajo es desarrollado en el campo deconductores super-inicos y el gobierno americano invierte considerabledinero en la investigacin de celdas combustibles, logrando con ello llevar acabo la misin espacial Apolo.


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A partir de 1960, algunos descubrimientos en el campo de la Electroqumicapermiten mejorar la calidad de vida del ser humano. Wilson Greatbatch, en 1960,desarrolla un marcapasos del corazn con una batera diseada por SamuelRuben para la compaa Duracell. Este aparato permiti mejorar y alargar la vidade pacientes con problemas cardacos.


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Tcnicas electroqumicas como Cronopotenciometra, Voltametra Cclica yPolarografa de Pulso fueron desarrolladas permitiendo la implantacin demtodos de anlisis en la deteccin de iones metlicos y otras sustancias

de inters en medicina, en la industria alimentaria e industria ambiental.

En 1964, T. Kuwana, R. K. Darlington y D. W. Leddy desarrollan laEspectroelectroqumica con el uso de electrodos pticamentetransparentes.

En 1965, R. A. Marcus publica su teora acerca de las reacciones detransferencia electrnica.

En 1974 Martn Fleischmann y sus colaboradores en la Universidad de


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En 1974, Martn Fleischmann y sus colaboradores, en la Universidad deSouthampton, Inglaterra, obtuvieron por primera vez el espectro vibracional in situ(Raman) de una molcula de piridina adsorbida sobre la superficie de un electrodode plata.

En 1975, P. R. Moses, L. Wier y R. W. Murray comienzan a desarrollar y aplicarelectrodos modificados qumicamente.

En 1976, R. N. Adams comienza a utilizar microelectrodos como sensoreselectroqumicos.

En 1978, A. Merz y A. J. Bard publican su primer trabajo sobre electrodos

modificados con pelculas de polmeros.

Ese mismo ao, Alan Bewick y colaboradores, en la Universidad de Southampton,desarrollan la tcnica de Espectroscopa Infrarroja de Reflexin Externa, la cual hasido utilizada desde entonces para estudiar la interfase electrodo solucin con lafinalidad de identificar especies adsorbidas e intermediarios de reaccin.

En 1980, K. Aoki, J. Osteryoung y R. A. Osteryoung introducen la tcnicaelectroqumica de Polarografa de Doble Pulso Diferencial.

Entre 1984 y 1985, J. H. Kaufman, K. K. Kanazawa, G. B. Sreet, S. Bruckenstein yS. Swathirajan desarrollan la tcnica de la microbalanza electroqumica de cristal

de cuarzo.


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En 1987 sale al mercado una nueva generacin de biosensores para ladeteccin de glucosa, el Exac Tech blood glucose biosensorsensor.

En 1989, A. J. Bard, F. R. Fan, J. K. Wak y O. Lev publican el primer trabajo

sobre Microscopa Electroqumica de Barrido.

Desde 1990 hasta el presente, avances en las reas de Micromecnica yComputacin han permitido poner en el mercado una variedad deinstrumentos electroqumicos que permiten la aplicacin de una variedad detcnicas electroqumicas, haciendo posible en muchos casos abaratar el

costo del anlisis qumico de una gran variedad de sustancias qumicas.


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Concepto bsicos de

Electroqumica

Concepto bsicos de Electroqumica


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-Qu es la Electroqumica?

-Reaccin redox

-Agentes oxidantes y agentes reductores

-Carga elctrica

-Corriente elctrica

-Voltaje (Diferencia de potencial o tensinelectrica)

-Resistor y resistencia

CapacitorTrabajo elctrico y energa libre de Gibbs

- Ley de Ohm-Potencia elctrica

-Circuito elctrico

p q



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-Celda Electroqumica

-Celda Galvnica

-Celda Electrolitica-Electrolisis

-Sustancia electroactiva

-Reaccin electroqumica

-Tipos de electrodos

-Electrodos de referencia

-Tipos de electrodos de referencia

-Electrodos indicadores o de trabajo-Electrodos metlicos (Pt, Au )

-Electrodos no metlicos (CV)

-Procesos fardicos y no fardicos

p q



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Electroqumica: Ciencia que se encarga de estudiarlos fenmenos fsicos y qumicos de transferenciade carga

La transformacin de la energa elctrica enenerga qumica y viceversa en la interfase de un

conductor elctrico con un conductor inico



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Reaccin redox: Es aquella en la cual se transfierenelectrones de una especie a otra

Agente reductor: Es la especie que pierde o cede suselectrones para oxidarse

Agente oxidante: Es la especie que gana electrones parareducirse



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Carga elctrica (Q o q). Es la relacin entre la cantidad deelectricidad expresada en coulombs y la cantidad de materiaexpresada en moles (n), de acuerdo con la Ley de Faraday

La carga elctrica se mide en coulombs (C). Un mol deelectrones posee una carga de 96500 C, la cual representa laconstante de Faraday y se le asigna el smbolo F.

La carga elctrica se define tambin como el producto de la

corriente elctrica por el tiempo. Una carga de un coulomb sedefine como el paso de una corriente de 1 amper durante unsegundo a travs de una seccin de un conductor elctrico.



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Corriente elctrica. Es la cantidad de carga elctrica que pasa poruna seccin de un conductor por unidad de tiempo (Figura 1). Estrelacionada con el movimiento de electrones en un circuito

elctrico inducido por la aplicacin de un voltaje. Se reporta enunidades de amper (A) y se le representa con la letra i. Unacorriente de 1 A representa la carga que pasa por un punto de uncircuito a razn de un coulomb por segundo (1 C/s)

Hay dos tipos de corriente elctrica, lacorriente continua y la corriente alterna.La corriente continua se caracteriza

porque fluye en una sola direccin,mientras que la alterna se caracteriza porfluir alternadamente en direccionesopuestas



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Voltaje (Diferencia de potencial o tensin elctrica). Es la fuerzaconductora en un circuito elctrico. Acta sobre los electroneslibres presentes en el conductor elctrico, forzndolos a moverse

alrededor del circuito elctrico que se establece. Se calcula atravs de la la ecuacin (2):

donde wes el trabajo elctrico que se realiza para mover la carga qentre dos puntos del circuito. A mayor diferencia de potencial(tensin elctrica) entre dos puntos, mayor fuerza se ejerce sobre

la partcula cargada que circula entre esos puntos. Por ejemplo,una batera de 12 V empuja los electrones en un circuito con unafuerza ocho veces mayor que una pila seca de 1,5 V. Una de lasms comunes fuentes de voltaje es la batera, que est constituidapor electrodos separados por un medio qumico.



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Resistor y resistencia: Un resistor es un componente realizadoespecialmente para que ofrezca una determinada resistenciaelctrica, mientras que la resistencia es una propiedad fsica que

se opone al paso de corriente y supone una prdida de energa enforma de calor .

Al pasar la corriente a travsde un circuito elctrico seinterpone una resistencia queofrece el conductor elctrico.

Esta resistencia se debe a lascolisiones que resultan entrelos electrones que se muevenlibremente a travs delconductor con los tomosque se encuentran en l.Estas colisiones producenprdida de energa en formade calor.

La resistencia de cualquier conductor

se determina a travs de la Ley de Ohm:



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Capacitor. Es un dispositivo compuesto de dos platos paralelosseparados por un material aislante denominado dielctrico, que secaracteriza por almacenar carga. En su estado neutro, ambos

platos contienen el mismo nmero de electrones libres. Sinembargo, cuando el capacitor se conecta a una fuente de voltaje atravs de un circuito elctrico, es posible concentrar mselectrones libres en uno de los platos, originndose una diferenciade carga entre ambos .



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Trabajo elctrico y energa libre de Gibbs.Es el trabajo que se realiza para desplazar una carga elctrica deun punto a otro y se traduce en la diferencia de potencial elctrico(E) entre esos puntos. El trabajo se representa con el smbolo W,proveniente de la palabra work, en ingls. El trabajo (W) tienedimensiones de energa cuya unidad es el Joule (J).

Por tanto, cuando una carga q es desplazada por una diferencia depotencial E, el trabajo efectuado es:

Conociendo que en termodinmica bsica, el cambio de energalibre de Gibbs (G),para una reaccin redox a una temperatura y

presin constante, es igual al trabajo elctrico mximo, y si elsistema realiza trabajo sobre el medio ambiente, se tiene que:



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Ley de Ohm. La corriente i que circula en un circuito esdirectamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada ensus terminales, e inversamente proporcional a la resistencia

elctrica R, del circuito:

Una corriente de 1 A circular por un circuito encuyos terminales la diferencia de potencial seade 1 V si la resistencia del circuito es de 1

Potencia elctrica. La potencia elctrica (P) se define como el trabajoelectrico que se efecta en funcin del tiempo. Su unidad de medida en

el sistema internacional es J/s, mejor conocida como watt (W):

conoc iendo que se tiene que:



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Circuito elctrico. Es la representacin esquemtica a travs de lacual se combinan resistencias, capacitores e inductores dediferentes maneras, y sobre el cual se puede obtener un flujo decorriente elctrica



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Celda electroqumica. Es un dispositivo en el cual se puedeconvertir la energa qumica en energa elctrica, o viceversa, alocurrir un proceso redox. Tpicamente, una celda electroqumica

est constituida por dos o tres electrodos sumergidos en unasolucin electroltica en la que una reaccin electroqumica en lainterfase electrodo-solucin se lleva a cabo.

El proceso electroqumico que se lleva a cabo enuna celda electroqumica puede ser representadoa travs de un circuito elctrico equivalente.

En este circuito se observa una resistencia (Ru), lacual representa la resistencia sin compensar de lasolucin entre los electrodos de trabajo yreferencia. La resistencia (Rtc) representa laresistencia al proceso de transferencia deelectrones en la interfase electrodo-solucin, y lacapacitancia (Cdl) representa el almacenamiento decarga que se origina en la doble capa de la interfase

electrodo-solucin.



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Celda Galvnica. Es una celda electroqumica en la que se obtieneenerga elctrica a travs de las reacciones redox espontneas quese desarrollan en ella (conversin de energa qumica en energa

elctrica)Celda Electroltica. Es una celda electroqumica en la que hay queaplicar energa elctrica para que se lleve a cabo una reaccinelectroqumica en ella (conversin de energa elctrica en energaqumica). En este tipo de celda se producen reacciones qumicas

termodinmicamente no espontneas, mediante un procesodenominado electrolisis.

nodo: Electrodo donde se lleva a cabo la reaccin de oxidacin

Ctodo: Electrodo donde lleva a cabo la reaccin de reduccin.

Sustancia electro-activa: Son aquellas sustancias que puedentransformarse como consecuencia de una reaccin electroqumica.



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Electrolisis. Proceso qumico por medio del cual una sustanciaelectro-activa en una disolucin se descompone o reacciona por laaccin de la una corriente elctrica continua. Para llevar a cabouna electrolisis se requiere: una celda electroltica.



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Reaccin electroqumica.Es un proceso heterogneo a travs del cual se lleva a cabo una

reaccin redox en la que el intercambio de electrones tiene lugar en lainterfase electrodo-disolucin dentro de la celda electroqumica



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Tipos de electrodos:

Los electrodos pueden clasificarse segn el cuadro siguiente:

Electrodo de Referencia:Es aqul que adquiere un valor de potencial

constante cualquiera que sea la composicin de la disolucin. Seutilizan en sistemas electroqumicos rpidos y con unasconcentraciones elevadas de sustancias electro-activas. Se empleapara controlar el potencial que se desarrolla en el electrodo indicadoro de trabajo.



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Existe una gran variedad de electrodos de referencia :

Electrodo normal de hidrgeno. Tiene inters histrico, si bien en la

prctica analtica ordinaria no se utiliza. Consiste en una lmina deplatino sobre la que se ha depositado una capa de platino finamentedividido ("platino platinado"), el cual constituye una superficiecataltica sobre la cual el proceso 2H+ + 2 e H2 procede deforma reversible. El electrodo est sumergido en una disolucin

donde la actividad de los iones H+ es la unidad, y por la que se haceburbujear H2a la presin de 1 atmsfera cabo.



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Desventajas:

Engorroso de su manejo.

Su potencial es sensible a la presencia de oxidantes yreductores en la disolucin, ya que perturba cualquier

sustancia que pueda oxidar al H2o reducir a los H+

La superficie (cataltica) del platino puede envenenarsepor diversas sustancias, tales como As, CN, H2S, ascomo compuestos superficialmente activos, como lasprotenas.



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Electrodo de calomelanos. Es de los ms usados como electrodo dereferencia. Consiste en el sistema Hg22+/Hg en presencia de cloruropotsico.

El mayor inconveniente del E.C.S. es que su

potencial cambia bastante al hacerlo latemperatura, debido a la variacin de la solubilidaddel cloruro potsico. Adems, no puede usarse atemperaturas superiores a 80 C, probablementedebido a la dismutacin del in mercurioso es esascondiciones

E1odepende del potencial normal del sistema Hg22+/Hg y del

producto de solubilidad del Hg2Cl2.



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Electrodo de plata/cloruro de plata. Se prepara recubriendo con unacapa de AgCl, un hilo de plata metlica. El electrodo se introduce enuna disolucin de cloruro potsico de concentracin conocida, lacual tambin est saturada de AgCl.

Se utiliza muy frecuentemente como electrodo dereferencia interno en electrodos de vidrio para la medidadel pH, as como en otros electrodos. Una ventaja esque puede miniaturizarse fcilmente, lo que hace que se

utilice muy extensamente en campos tales comoaplicaciones biomdicas para estudios "in vivo" defluidos biolgicos y medidas intracelulares. Adems, elelectrodo es suficientemente estable hastatemperaturas del orden de 270 C.

El t d i di d d t b jConcepto bsicos de Electroqumica


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Electrodos indicadores o de trabajo.Son aquellos que sirven de vehculo para el intercambio deelectrones en proceso redox que se produce en la celdaelectroqumica. El valor del potencial alcanzado en este tipo de

electrodos, proporciona informacin sobre la concentracin o lanaturaleza de las sustancias susceptibles de cambiar electrones. Coneste fin se utilizan electrodos metlicos, tales como Pt, Au,superficies conductoras como grafito, carbn vtreo, diamante, ascomo pelculas de Hg en medios poco oxidantes. Asi como, electrodo

de membrana.



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Electrodo de platino.Consisten de discos o hilos de platino (Pt).Es bastante inerte al ataque qumico y presenta propiedadeselectrocatliticas nicas. Sin embargo, este metal no es

completamente inerte electroqumicamente en soluciones acuosas enque las reacciones con oxgeno e hidrgeno pueden ocurrir. Ensoluciones acuosas el Pt es recubierto rpidamente por hidrgeno uxidos, dependiendo del voltaje de polarizacin aplicado. El intervalode potencial en el cual este tipo de material es utilizado como

electrodo de trabajo va desde 0 hasta 1,6 V vs. electrodo normal dehidrgeno.

Respuesta tpica de un electrodo dePlatino en medio cido empleando latcnica de voltamperometra cclica



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Electrodo de oro.Consisten de discos o hilos de oro (Au).El oro (Au) es un metal noble, el cual es de gran importancia en eldesarrollo de sensores y biosensores especficos de inters en

diferentes campos, tales como, Ciencia de la Salud, Tecnolgico eindustrial.

Respuesta tpica de un electrodo de oro enmedio cido empleando la tcnica de

voltamperometra cclica



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Electrodo de carbn vitreo.Entre los materiales de carbono, el carbn vtreo es el ms utilizadoen electroqumica para la construccin de electrodos que sonutilizados como electrodos de trabajo. Este tipo de material es

preparado por pirlisis de ciertos polmeros como, por ejemplo,polifurilalcohol, obtenido de resinas fenlicas. Es un materialisotrpico, tanto en propiedades de conduccin elctrica como enfisicoqumicas industrial.

Respuesta tpica de un electrodo de carbnvtreo en medio cido o bsico empleando la

tcnica de voltamperometra cclica



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Electrodo de diferentes metales (Pb, Zn, Cu, Ni, etc).

Estos electrodos mtalicos suelen ser utilizados para el desarrollo deceldas galvnicas y proceso de electrolisis (Galvanotecnia)



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Procesos fardicos y no fardicos

En los electrodos pueden tener lugar dos tipos de procesos:

Procesos fardicos: Son aquellos donde tiene lugar transferencia decargas entre el electrodo y la disolucin (oxidaciones y reducciones)y estn regidos por la ley de Faraday,

Proceso no fardicos: Son proceso en los que no se producetransferencia de cargas entre un electrodo y la disolucin, por serprocesos termodinmica o cinticamente desfavorables, aunque,pueden tener lugar otros procesos, como adsorciones,

cristalizaciones, etc., que modifican la interfase electrodo-disolucin,originando transitoriamente cambios en la intensidad de corriente oen el potencial.


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Leyes de Faradayde la Electrolisis


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Todos los conductores ya sean metlicos o electrolticos, poseen la capacidad detransportar la electricidad mediante unidades llamadas portadores de carga. En elcaso de los metales mediante electrones y en el caso de los conductoreselectrolticos mediante iones. Uno de los puntos de estudio de la Electroqumica esel cambio de la naturaleza de los portadores en un metal en contacto con unelectrolito. En este caso, se observa una acumulacin de especies de un lado y otrode la interfase metal/electrolito. Esta acumulacin produce un pasaje de corriente a

travs de la interfase cambiando el tipo de portadores (de electrones a iones oviceversa). Este pasaje de corriente relacionado con el cambio en la naturaleza o tipode portadores tiene lugar por medio de una reaccin electroqumica. Una reaccinelectroqumica es aqulla que permite el cambio del nmero de oxidacin de unasustancia a nivel de una interfase conductor electrnico/conductor inico (PROCESOFARADAICO)

Leyes de Faraday de la Electrolisis

INTRODUCCIN



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Las reacciones electroqumicas fueron estudiadas por primera vez porMichael Faraday en 1830. Utiliz reacciones qumicas ya conocidas enlas que tena lugar un cambio en el estado de oxidacin de la especiereaccionante dentro de la solucin electroltica. Estas reacciones seconocen actualmente como reacciones redox

Faraday llam aniones, a los iones que se mueven hacia el nodo, ycationes a los que se mueven hacia el ctodo, y a las sustancias queconducen la corriente, electrolitos.

Cuando existe una diferencia de potencial elctrico, los cationespositivos se mueven hacia el ctodo (electrodo negativo) y los anionesnegativos hacia el nodo (electrodo positivo) Al llegar a los electrodoslos iones reaccionan cediendo electrones (los aniones) o ganndolos(los cationes) para de esta manera conducir la electricidad

Electrolisis. Proceso qumico por medio del cual una sustanciaelectro-activa en una disolucin se descompone o reacciona paradepositarse o disolverse, por la accin de (l) una corriente elctricacontinua. Para llevar a cabo una electrolisis se requiere: una celda

electroltica.


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Consideraciones que se deben tener en cuenta en un

proceso de electrolisisLa situacin ms sencilla corresponde a la electrolisis de un electrolitofundido utilizando electrodos inertes. En este caso siempre es el catin elque se reduce y el anin el que se oxida.

En las electrolisis de disoluciones acuosas de electrolitos, el agua esoxidada a oxgeno si el anin es menos fcilmente oxidable que el agua(caso de los iones sulfato y nitrato); el agua se reduce a hidrgeno en elctodo si el catin es menos fcilmente reducible que el agua..

En la mayora de los casos las electrolisis se efectan utilizandoelectrodos inertes.

Cuando interesa la purificacin de metales, o recubrir un metal con otro,los electrodos intervienen en el proceso.

Caractersticas de un proceso de electrolisis


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Caractersticas de un proceso de electrolisis

a) Es un fenmeno redox no espontneo producido por una corriente elctrica

b) La reduccin se lleva a efecto en el polo negativo o ctodo y la oxidacin en elnodo o polo positivo.

El proceso electroltico se realiza debido a que, la corriente elctrica circula desde

el ctodo hacia el nodo, siempre que entre ellos est presente una sustancia

conductora (electrlito).

En algunas electrlisis, si el valor de la diferencia de potencial aplicada estn slo

ligeramente mayor que el calculado tericamente, la reaccin es lenta o no se

produce, por lo que resulta necesario aumentar el potencial aplicado. Este

fenmeno se da, sobre todo, cuando en algunos e los electrodos se produce algn

desprendimiento gaseoso. El potencial aadido en exceso en estos casos recibe el

nombre de sobretensin.

La cantidad de producto que se forma durante una electrlisis depende de los 2

factores siguientes:

a) De la cantidad de electricidad que circula a travs de la pila electroltica.

b) De la masa equivalente de la sustancia que forma el electrlito.

Los procesos deelectrolisis se rigen

por las leyes de

Faraday



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- Primera Ley

-Segunda Ley

-Ecuacin matemtica que rigen las leyesde Faraday de Electrolisis

-Ejercicios relacionados a las leyes deFaraday de Electrolisis

Aspectos cuantitativos de la Electrlisis. Leyes de Faraday


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p y y

Faraday descubri que hay una relacin simple entre la cantidad desustancia producida/consumida en un electrodo durante la electrolisis y

la cantidad de carga elctrica (Q) que pasa a travs de la celda.

Para la semirreaccin : Ag+ + eAg

cuando1 mol de iones p lata se reduce a plata, se debe sum inistrar

1 mo l de electro nes al ctodo

Dado que la carga de un electrn es 1,6022x10-19C y multiplicndola por elnmero de Avogadro 6,023x1023mol-1, entonces obtendremos la carga por molde electrones, 9,650x104C/mol, la cual se denomina constante de Faraday

As, para la semirreaccin Ag+ + eAg

serequ ieren que pasen 96500 C a t ravs d el ctodo d e manera talde depos i tar 1 mol d e Ag


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Primera Ley: Segunda Ley:


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yLa cantidad de sustancia que seproduce o consume en lasuperficie de un electrodo esproporcional a la cantidad de

carga elctrica que pase por l.

g yPara el paso de una determinadacarga elctrica, la cantidad desustancia que se deposita o disuelveen un electrodo es proporcional a su

peso equivalente. El pesoequivalente de una sustancia essu masa molar o atmica divididapor el nmero de electronestransferido durante el procesoelectroqumico.



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Expresin matemtica que expresa las leyes de Faradayde la electrolisis


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N e as tecnologas basadas en procesos


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Reciclado electroqumico de compuestos nitroaromticosdisueltos en medios cidos

Nuevas tecnologas basadas en procesosde electrolisis

Los compuestos aromticos nitrados son uno de los contaminantesindustriales ms comunes. Se utilizan como tintes y colorantes, en laindustria farmacutica, de cosmticos y explosivos, y se encuentran en susvertidos. Sus caractersticas txicas, carcinognicas y biorrefractarias hacenque estn clasificados, para su eliminacin o reciclado, entre los treceprimeros contaminantes prioritarios, segn la EPA (Enviromental Protection

Agency) en Estados Unidos. Por otra parte, los recientes desarrollos eningeniera electroqumica y en materiales electrdicos han despertado elinters por el uso de estas tecnologas limpias en el medio ambiente,constituyendo una buena alternativa, especialmente donde los procesosbiotecnolgicos son difcilmente vlidos


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EJERCICIOS RELACIONADOS CON LAS LEYESDE FARDAY

1. Se realiza la electrlisis de un disolucin de tricloruro de hierro, haciendopasar una corriente de 10 A durante 3 horas. Calcula la cantidad de hierrodepositado en el ctodo. Masa atmica del Fe= 55,8 g/mol

2. Una corriente de 4 amperios circula durante 1 hora y 10 minutos a travs dedos clulas electrolticas que contienen, respectivamente, sulfato de cobre (II)y cloruro de aluminio.a)Escriba las reacciones que se producen en el ctodo de ambas clulaselectrolticas.

b) Calcule los gramos de cobre y aluminio metlicos que se habrndepositado.

Datos: Masas atmicas: Cu = 63,5 y Al = 27,0. Constante de Faraday : F = 96500 C/mol .

Electrochemical-cell-for-waste-water-treatment.


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2011 2015 (esta en uso)

Tratamiento de suelos mediante procesos


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Tratamiento de suelos mediante procesoselectroqumicos

Mtodos electroqumicos de separar y unir cadenas de


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Mtodos electroqumicos de separar y unir cadenas de

ADN

La doble hlice del ADN ha sido una de las estructuras ms reconocibles

de la ciencia desde que fue descrita por primera vez por Watson y Crick

hace casi 60 aos ( artculo publicado en Nature el 25 de abril 1953) . El

mecanismo de unin y separacin de las hebras de ADN es vital para los

procesos biolgicos naturales y para las reacciones en cadena de lapolimerasa utilizados en la biotecnologa para copiar el ADN para la

secuenciacin y clonacin . La mejora de la comprensin de este proceso

, y el descubrimiento de nuevas formas de controlarla , aceleraran el

desarrollo de nuevas tecnologas , tales como biosensores y microarrays

de ADN que podran hacer diagnsticos mdicos ms barato , ms rpido

y ms fcil de usar .

2013


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3. El magnesio metlico puede obtenerse por la electrolisis de MgCl2fundido.

i. Indique las reacciones que tienen lugar en el nodo y en ctodo de la

clula electroltica.ii. Si se hace pasar una corriente de 2,5 A a travs de MgCl2 fundido durante550 minutos Cuntos gramos de Mg(s) se depositarn?Cuntos litros deCl2(g), medidos en condiciones normales, se obtendrn?

Datos: Masa atmica del Mg = 24,3 u; 1 Faraday = 96485 C/mol


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Ejercicio 7. Calcular la intensidad de corriente elctrica necesaria para depositar 24

gde hierro en una solucin de cloruro de Fe (III) en 20 minutos. PA (Fe) = 56

g/mol

Ejercicio 8.Calcular el tiempo en horas, que deber transcurrir para que se depositen

356g de cobre en una solucin de cloruro de Cu (II) por la que pasa una corriente de

150 amperes. PA 8Cu) = 65,54 g/mol

Ejercicio 9 Qu cantidad de electricidad es necesaria para que se deposite en el ctodo


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Ejercicio 9. Qu cantidad de electricidad es necesaria para que se deposite en el ctodo

todo el oro contenido en un litro de disolucin 0,1 M de cloruro de oro(III)? b) Qu

volumen de dicloro, medido a una presin de 740 mm Hg y 25 C , se desprender del

nodo? Datos: F = 96 500 C; ; Au = 197; Cl: 35,5

Ejercicio 10. Al hacer la electrolisis del cloruro de sodio fundido, se depositan 12 g de

sodio en el ctodo. Calcula:

a) Los moles de cloro gaseoso liberados en el nodo.b) El volumen que ocupa el cloro del apartado anterior a 700 mm de Hg y 100 C.

Masas atmicas: Na = 23; Cl = 35,5

metodos electroquimicos para el tratamiento de agua reiduales

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