Diapositiva 1 - Facultad de Ciencias-UCV

Proceso en el Electrodo
El análisis de un proceso de electrodo permite distinguir:
•Transporte de especies electroactivas hacia el electrodo
•Adsorción de las mismas en el electrodo
•Transferencia de carga
•Desorción de productos de reacción del electrodo
•Difusión de dichos productos hacia el seno de la disolución
•Reacciones químicas secundarias
•Formación de nuevas fases
Entre 1800-1830 Michael Faraday
físico y químico ingles, realizó estudios
cuantitativos referente a la relación
entre la cantidad de electricidad que
pasa por una solución y resultado de
sus investigaciones las enuncio entre
los años 1833-1834 en las 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. 10-19 C/electrón
(6,02.1023 electrones/mol ) = 96.500 C/mol
"...(1) el poder químico de una corriente de
electricidad está en proporción directa de la
cantidad absoluta de electricidad que pasa..."
La masa de una sustancia depositada por una
corriente eléctrica en una electrólisis es
proporcional a la cantidad de electricidad que
pasa por el electrodo.
"...(2) los pesos equivalentes de las
substancias son simplemente aquellas
cantidades de ellas que contienen
cantidades iguales de electricidad..."
Las cantidades de sustancias electrolíticas
depositadas por la acción de una misma
cantidad
de
electricidad
son
proporcionales a las masas equivalentes de
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.
Es decir:
1 A
m = × ×i× t
F n
F = número de Faraday (96500 coulombios), n = número de electrones
i = corriente en amperios, t = segundos y A = gramos
¿Cuándo ocurre un proceso farádico y
cuando uno no farádico?
Un proceso farádico ocurre cuando hay
transferencia de electrones a través de la interfase
metal-solución, pudiendo esto provocar oxidación o
bien reducción de los componentes del sistema.
Todos los procesos que poseen éstas características
se dicen que cumplen con la ley de Faraday y se los
llama procesos farádicos.
Los electrodos donde tienen lugar los procesos farádicos se les
denomina “electrodos de transferencia de carga”.
Un proceso no farádico, son todos aquellos
procesos (como por ejemplo adsorción o
desorción) donde la estructura electrodosolución, varía con el potencial y la
composición de la solución.
En este caso no hay paso de ningún tipo de
carga por la interfase, es decir que la corriente
puede circular (al menos transitoriamente)
cuando el potencial o la composición de la
solución cambie.
ELECTRODO IDEALMENTE
POLARIZADO, EIP
Aquel electrodo en donde no se da
lugar a transferencia de carga en la
interfase metal-solución cuando al
mismo se le impone un potencial
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 elemental
• Unidad fundamental de carga eléctrica, coincidente
con la carga del electrón y con la del protón.
• Considera la materia en su conjunto como
eléctricamente neutra, debido a la compensación
entre las cargas positivas y las negativas. Un cuerpo
está cargado o posee carga eléctrica cuando existe
un desequilibrio o desigual reparto de cargas, que se
manifiesta por una serie de hechos cuyo fundamento
estudia la electrostática.
• La carga eléctrica constituye una magnitud
fundamental que, en los fenómenos eléctricos,
desempeña un papel semejante al de la masa en los
fenómenos mecánicos. La unidad de medida de
carga eléctrica es el franklin en el sistema CGS, y el
culombio en el sistema internacional (SI).
Primer Condensador
•
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.
• Los condensadores tienen un límite para la carga
eléctrica que pueden almacenar, pasado el cual se
perforan.
• Pueden conducir corriente continua durante sólo un
instante, aunque funcionan bien como conductores
en circuitos de corriente alterna.
• Esta propiedad los convierte en dispositivos muy
útiles cuando debe impedirse que la corriente
continua entre a determinada parte de un circuito
eléctrico.
• Los condensadores de capacidad fija y capacidad
variable se utilizan junto con las bobinas, formando
circuitos en resonancia, en las radios y otros equipos
electrónicos.
• Además, en los tendidos eléctricos se utilizan
grandes condensadores para producir resonancia
eléctrica en el cable y permitir la transmisión de más
potencia.
Potencia
En Física, potencia es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de
tiempo. Esto es equivalente a la velocidad de cambio de energía en un
sistema o al tiempo empleado en realizar un trabajo, según queda
definido por:
donde
•P es la potencia.
•E es la energía total o trabajo.
•t es el tiempo.
Cuando se trata de corriente continua (DC) la potencia eléctrica
desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales
es el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la
intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Esto es,
Donde I es el valor instantáneo de la corriente y V es el valor
instantáneo del voltaje. Si I se expresa en amperios y V en voltios, P
estará expresada en Watts. Igual definición se aplica cuando se
consideran valores promedio para I, V y P.
Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R no se puede
calcular la resistencia equivalente del dispositivo, la potencia
también puede calcularse como
Corriente
•
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.
Corriente continua
Capacidad de un Condensador
Capacidad
• Aptitud de un condensador de conservar una
carga, determinada por el tamaño de sus
armaduras, y por el espesor y permitividad
del dieléctrico que las separa.
• La capacidad de un condensador se obtiene
de dividir la carga Q almacenada por la
diferencia de potencial entre las armaduras.
La unidad de medida es el faradio (F) en
honor a Faraday.
• Un condensador está constituido por dos
placas metálicas separadas por un
material dieléctrico cuyo comportamiento
obedece a la ecuación:
q
C=
E
donde q = carga del condensador; E = potencial
que pasa a través del condensador (V) y C es la
capacidad en Faradios
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 interfase metalsolución y un condensador
A un potencial dado, el electrodo
metálico lleva una carga, que la
llamaremos qM y la solución una carga
qS .
Uno puede hacer que la carga sobre el
metal
sea
positiva
o
negativa
dependiendo de la composición de la
solución y del potencial que atraviese la
interfase.
En este caso, la carga del metal qM y
representa el exceso o defecto de e y ella se
encuentra en una capa extremadamente
delgada (< 0.1Å) en la superficie del metal.
q = −q
M
S
La carga en la solución qS
por un exceso bien sea
aniones vecinos a la
electrodo.
está constituida
de cationes o
superficie del
Sí dividimos las cargas qM y qS por
unidad de área, obtenemos una
ecuación que llamaremos densidad
de carga σ:
σ
M
M
q
=
A
las unidades generalmente empleadas son μC/cm2
Las propiedades de la interfase dependen de la
naturaleza del electrodo y de las características de
la disolución, entre esas propiedades podemos
citar:
• fuerzas eléctricas de las especies
junto al electrodo
• interacciones químicas
• ordenación de la propia interfase
en consecuencia:
La distribución de carga en la
interfase no es uniforme y se
originan diferencias de potencial
entre el interior del metal y el
seno de la disolución