(Óxido reducción) Electroquímica

APRENDIZAJES ESPERADOS

• Distinguir entre celdas galvánicas y electrolíticas.

• Describir los potenciales normales de reducción.

ELECTROQUÍMICA

Implica la interrelación de fenómenos eléctricos y procesos químicos.

Celda Galvánica

Celda Electrolítica

Produce corriente eléctrica (proceso espontáneo)

Requiere corriente eléctrica (proceso no espontáneo)

BateríasElectroobtención

de minerales

Electrólisis

• La base del funcionamiento de una celda galvánica y una celda electrolítica esta en la electrólisis, en la cual una sustancia conductora de la corriente eléctrica (electrolito) es sometido a cambios químicos al hacer por ella una corriente continua mediante la introducción de electrodos

CELDA GALVÁNICA

Corresponde a una reacción REDOX llevada a cabo entre dos electrodos

Ánodo (Libera electrones) Cátodo (acepta electrones)

Semireacción de oxidación

Semireacción de reducción

libera electrones captura electrones

POLO NEGATIVO

POLO POSITIVO

CELDA GALVÁNICA

Para extraer energía eléctrica, los electrodos deben estar en ambientes separados

ánodo y cátodo resultan conectados por un cable

se requiere un electrolito que actúe como “puente”

entre los electrodos

permite flujo de electrones

mantiene neutro el ambiente alrededor de

electrodos

CELDA DE DANIELL

Experimento desarrollado para extraer electricidad

Cátodo

( ) ( )4

s acCu CuSO

ÁnodoElectrolito

( ) ( )4s acZn ZnSO

2 4Na SO

( ) ( )2 2ac sCu e Cu ( ) ( )

2 2s acZn Zn e

2e-

CELDA DE DANIELL

Puente Salino

• Su finalidad es impedir la acumulación de carga neta em cualquiera de los dos vasos. Así los iones negativos pueden difundir al vaso em donde hay exceso de iones positivos y viceversa

POTENCIAL STANDARD

Fuerza que mueve electrones desde el ánodo al cátodo

º º ºox redE E E

el valor final debe ser positivo para que la reacción ocurra espontáneamente

Predicción de reaccionesEn toda reacción redox hay transferencia de electrones, lo cual produce una diferencia de potencial el que es medible. Por ejemplo: Em el caso de la pila de Daniell, los potenciales de reducción para el Cu y el Zn son respectivamente:

Cu+2 + 2e ↔ Cu0 Eº = + 0,33 volts Zn+2 + 2e ↔ Znº Eº = - 0,76 volts

Al sumar ambas semirreacciones se tiene

Cu+2 + Znº ↔ Cu0 + Zn+2 ∆ Eº = 1,09 volts (Diferencia Neta de potencial)

Nótese que el Zn tiene un potencial de reducción negativo, sin embargo al sumar este valor cambia a positivo . Esto se debe a que em la reacción , el Zn se oxida

SRR Cu+2 + 2e ↔ Cu0 Eº = 0,33 volts SRO Znº ↔ Zn+2 + 2e Eº = 0,76 volts

______________Valor total de potencial de reducción (Diferencia neta de potencial) ∆Eº = 1,09 volts

A continuación se agrega una lista de potenciales de reducción ( a 25ºC, 1 atm y 1M)

POTENCIAL DE REDUCCIÓN

POTENCIAL DE REDUCCIÓN

al no poder medir valores absolutos, se asigna un valor neutro arbitrario a una reacción

el potencial de 0 volt se asignó a la reacción entre hidrógeno y platino

Electrodo Standard de Hidrógenootras reacciones se comparan con esta

POTENCIAL DE REDUCCIÓN

POTENCIAL DE REDUCCIÓN

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( )

2

2

2 º 0,132 2 2 º 0,80

2 2 º 0,93

s ac

ac s

s ac ac s

Pb Pb e E VAg e Ag E V

Pb Ag Pb Ag E V

Para que sirve determinar ∆Eº (diferencia neta de

potencial)• La Diferencia neta de potencial asociada a una reacción redox

puede ser mayor, menor o igual a cero• Si ∆Eº > 0, entonces la reacción es espontánea de la

reacción es de izquierda a derecha (flujo de electrones desde el ánodo hacia el cátodo) , característico de las celdas galvánicas.

• Si ∆Eº ‹ 0, Nos indica que la reacción ocurre de derecha a izquierda, o desde el cátodo hacia el ánodo, por lo tanto es una reacción que requiere energía externa para que ocurra ( Proceso no espontáneo). Este tipo de reacciones corresponde a procesos electrolíticos

• ∆Eº = 0, la reacción no es espontánea y que em cualquier sentido que se le desee dar a dicha reacción se debe aplicar energía eléctrica. También puede ser utilizada em sistemas electrolíticos

• Em una pila Galvánica: ∆Eº > 0

• Em una Pila electrolítica: ∆Eº ≤ 0

Reeeesumiendo lo anterrriorrr…

CELDA LECLANCHÉ

Corresponde al uso mas frecuente asociado a las celdas galvánicas

pila común pila alcalina pila de mercurio

( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

2

2 4 2 3 3 2

Ánodo: 2

Cátodo: 2 2 2 2

s ac

s ac s ac l

Zn Zn e

MnO NH e Mn O NH H O

CELDA LECLANCHÉCorresponde al uso mas frecuente asociado a las celdas galvánicas

pila común pila alcalina pila de mercurio

( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( )

2

2 2 2 3

Ánodo: 2 2

Cátodo: 2 2 2

s ac s l

s l s ac

Zn OH ZnO H O e

MnO H O e Mn O OH

reemplaza electrolito ácido por uno alcalino

resiste corrosión y conduce electrones mejor

CELDA LECLANCHÉ

Corresponde al uso mas frecuente asociado a las celdas galvánicas

pila común pila alcalina pila de mercurio

( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( )

2

2

Ánodo: 2 2

Cátodo: 2 2

s ac s l

s l l ac

Zn OH ZnO H O e

HgO H O e Hg OH

CELDA ELECTROLÍTICA

Corresponde al opuesto de la celda galvánica

Corriente eléctrica permite llevar a cabo reacción no espontánea

Celda Galvánica

Cambio químico libera energía eléctrica

Celda Electrolítica

Energía eléctrica permite cambio químico

ΔGΔG ΔEºΔEº

(-) (+) (+) (-)

CELDA ELECTROLÍTICA

CELDA ELECTROLÍTICA

SÍNTESIS

Electroquímica

ΔEº = (+)

ΔEº = (-)

ΔEº = (0)

Proceso No Espontáneo

Proceso Espontáneo

Celda Electrolítica

Celda Galvánica

Celda Inerte

Ejercicio• Calcular el potencial de la siguiente reacción

RedoX

Cdº + Sn+2 → Snº + Cd+2

Siendo los potenciales de reducción:

• Cd+2 + 2e ↔ Cdº Eº = -0,403 v• Sn+2 + 2e ↔ Snº Eº = -0,136 v

• Es espontánea o no???