Profesora: Dalje Sunith Barbosa Trillos Ph. D. Universidad Autónoma de Bucaramanga Agosto-2019 Identificar los diferentes tipos de procesos de transformación entre la energía química y la energía eléctrica Utilizar los conocimientos químicos adquiridos para solucionar y realizar balances en reacciones REDOX. Reconocer los principios fundamentales del funcionamiento de una celda de combustible. Comprender el fenómeno electroquímico mediante la realización de pruebas de laboratorio. El curso está orientado hacia el aprendizaje de conceptos teóricos y su aplicación práctica en diferentes ejercicios que permitirán visualizar al participante el alcance de esta metodología. Presentaciones orales por parte del profesor. Participación de invitados con experiencia en el tema. Realización de ejercicios teóricos y solución de problemas en forma práctica. Interpretación de información científica. Practicas en celdas combustibles !Participación activa de los estudiantes! Corte inter-semestral (50%): (Septiembre 24) Electroquímica 10 % Exposiciones sobre aplicaciones y principios de electroquímica 15% Test de Conocimiento, talleres 15% Parcial electroquímica 10% Sesiones practicas de electroquímica. Corte final (50%): (Noviembre 19) – CELDAS COMBUSTIBLES 15% Parcial celdas Combustibles 15% Test de conocimiento, talleres 20% Proyecto de celdas combustibles / sesiones practicas celdas MODULO I: Sistemas electroquímicos MODULO II: Introducción a los procesos de los electrodos MODULO III: Celdas combustibles – principios de funcionamiento MODULO IV: Operación y cálculo de Celdas combustibles • • • • • • • • • Introducción a la electroquímica. Definición de celda electroquímica : Celdas Galvánicas vs. Celdas electrolíticas Componentes; electrodos y electrolitos Aplicaciones de electroquímica y su importancia. Balance de reacciones electroquímicas Electrodos de referencia: electrodo normal de H2 y electrodo de CAMOMEL Saturado (ECS) Potenciales REDOX de semi-celda Noción de FEM Equilibrio termodinámico: Ecuación de Nerst Existen estudios arqueológicos que apuntan hacia la probable existencia de «baterías» primitivas utilizadas por los egipcios y los persas en el año 2000 a.C., que podrían haber sido empleadas para el electro-depósito de metales. Otros descubrimientos apuntan a que el pueblo babilónico también disponía de «baterías» en el año 500 a.C. TALES DE MILETO (624 a. C.) Fue la primera persona que observo las propiedades atractivas del ámbar, esta piedra poseía electricidad estática y por ello fue considerada PIEDRA MAGICA Desde el punto de vista de la electricidad, fue el primero en descubrir que si se frota un trozo de ámbar, este atraía objetos más livianos, y aunque no llego a definir que era debido a la distribución de cargas, si creía que la electricidad residía en el objeto frotado. De aquí se ha derivado el término electricidad, proveniente de la palabra elektron, que en griego significa ámbar. WILLIAMS GILBERT (1544 – 1603) Considerado el padre del electromagnetismo. Fue el primero en utilizar términos como 'energía eléctrica', 'atracción eléctrica' y 'polo magnético'. Quizás su aporte a la ciencia más importante fue la demostración experimental de la naturaleza magnética de la tierra. Gilbert descubrió que muchas sustancias tenían la capacidad de atraer objetos ligeros cuando se frotaban y aplicó el término eléctrica para la fuerza que ejercen estas sustancias después de ser frotadas. OTTO VON GUERICKE (1602 – 1686) Creo la primera “Maquina Eléctrica” que consistía en una bola de azufre introducida dentro de un globo de vidrio y sostenida por un eje de madera que al hacer girar el globo, producía electricidad estática y generaba una chispa FRANCIS HAUKSBEE (1666 – 1713) Modifico, mejoro y difundió la maquina eléctrica inventada por Otto Von Guericke, STEPHEN GRAY (1666 -1736) Sus contribuciones a la ciencia fueron sobre el estudio de la electricidad. En 1727 demostró que los materiales conductores pueden ser electrizados si están aislados para no perder cargas eléctricas. En 1729 estudiando la conductibilidad de los materiales realizó las primeras experiencias de transporte de energía eléctrica a distancia. Más adelante, junto con los científicos Granville Wheler y J. Godfrey, efectuó la clasificación de los materiales en eléctricamente conductores y aislantes. CHARLES FRANÇOIS DE CISTERNAY DU FAY (16981739) Fue el primero en identificar la existencia de dos tipos de cargas eléctricas (las denominadas hoy en día positiva y negativa), que él denomino carga vitria y carga resinosa, debido a que ambas se manifestaban: de una forma al frotar, con un paño de seda, el vidrio(carga positiva) y de forma distinta al frotar, con una piel, algunas substancias resinosas como el ámbar o la goma, (carga negativa) EWALD GEORG VON KLIEST (1700 – 1748) Y PIETER VAN MUSSCHENBROEK (1692 – 1761) Descubrieron uno de los condensadores más simples La jarra o Botella de Leyden WILLIAM WATSON (1715 – 1787) Mejoro la botella de Leyden. BENJAMIN FRANKLIN (1706 – 1790) Desarrollo una teoría según la cual la electricidad era un fluido único existente en toda materia y califico a las substancias en eléctricamente positivas y eléctricamente negativas, de acuerdo con el exceso o defecto de ese fluido. Confirmo también que las tormentas eran fenómenos de tipo eléctrico y demostró, por medio de su celebre cometa, que los rayos eran descargas eléctricas de tipo electrostático. LUIGI GALVANI (1737 – 1798) Encontró que la corriente eléctrica generada por un frasco de Leyden o bien por un generador de electricidad estática, causaba la reducción de los músculos o nervios en la pierna de una rana y de muchos otros animales. Galvani concluyo que los metales transmitían una sustancia misteriosa, la cual llamó electricidad animal. Finalmente clasificó la electricidad en dos tipos: uno "electricidad artificial”, generada por la fricción (electricidad estática) y segundo "electricidad natural” la que se genera en el rayo ALESSANDRO VOLTA (1745 – 1827) Inventó el electróforo, un instrumento que producía cargas de electricidad estática. Hacia 1800 había desarrollado la llamada pila de Volta, precursora de la batería eléctricas Descubrió la primera batería que produjo una corriente fiable, firme de electricidad. CHARLES AGUSTÍN DE COULOMB (1736 – 1806) Fue el primero en establecer las leyes cuantitativas de la electrostática, además de realizar muchas investigaciones sobre: magnetismo, rozamiento y electricidad. Coulomb también estudio la electrización por frotamiento y la polarización, e introdujo el concepto de momento magnético. También colaboró en la planificación del sistema métrico decimal de pesas y medidas. La unidad de medida de carga eléctrica, el culombio, recibió este nombre en su honor HANS CHRISTIAN OERSTED (1736 – 1806) Demostró la existencia de un campo magnético en torno a una corriente eléctrica. ANDRÉ MARIE AMPÈRE (1775 – 1836) Descubrió las leyes que hacen posible el desvío de una aguja magnética por una corriente eléctrica, lo que hizo posible el funcionamiento de los actuales aparatos de medida GEORG SIMON OHM (1789 -1854) Estudio la relación que existe entre la intensidad de una corriente eléctrica, su fuerza electromotriz y la resistencia, formulando en 1827 la ley que lleva su nombre (Ley de Ohm: V= I x R). MICHEL FARADAY (1791 – 1867) En sus experimentos, encontró que los productos de la electrólisis siempre aparecían en una proporción fija. También observó que una carga eléctrica fija cedida en la electrólisis producía cantidades constantes de elementos disociados. Denominó iones a los productos de la disociación y, más específicamente, aniones y cationes según si éstos eran colectados en la vecindad del ánodo—la terminal positiva — o del cátodo—terminal negativa. Dada la poca precisión de los aparatos desarrollados hasta entonces, a Faraday le era imposible deducir el valor de la carga necesaria para ionizar una sola molécula a través de la electrólisis, es decir, de la unidad electrolítica de carga. Faraday, al igual que Dalton, se concentró a establecer relaciones entre las cantidades de elementos producidos por electrólisis con una carga fija. De esta manera determinó que la carga eléctrica para producir un mol de cualquier material es 96485 coulombs* Adicionalmente descubrió el benceno, durante investigaciones con cloro logro descubrir nuevos cloruros de carbono. Investigó nuevas variedades de vidrio óptico y llevó a cabo con éxito una serie de experimentos de licuefacción de gases comunes. August Arrhenius (1859 – 1927):: presentó la teoría de la conductividad de electrolitos Walther Hermann Nernst (1864 – 1941).: modelamiento de las baterías Robert Andrews Millikan (1868 – 1953) realizo el descubrimiento de la carga del electrón, 1,602176487|(40) x 10-19 C Johannes Nicolaus Brønsted (1879 – 1947) y Thomas Martin Lowry (1874 – 1936) establecieron la teoría moderna de ácidos y bases, donde según esta teoría, los ácidos son sustancias capaces de donar un protón (H+), mientras que las bases son capaces de aceptarlos. Electrolisis: electrólisis del agua para producción de hidrogeno Galvanoplastia: Técnica que consiste en cubrir un objeto o una superficie con capas metálicas consistentes por medio de la electrólisis y que se aplica especialmente a la preparación de moldes y a la reproducción de objetos en relieve Electrometalurgia: se define como la rama de la metalurgia que usa la energía eléctrica para la producción y tratamiento de los metales Anodizado: es el proceso electrolítico de pasivación utilizado para incrementar el espesor de la capa natural de óxido en la superficie de piezas metálicas Refinación de metales puros: Cobre, Aluminio, Magnesio entre otros Electrólisis del agua para la producción de hidrógeno Electrólisis de soluciones acuosas de cloruro de sodio Síntesis electroquímica Electrosíntesis del adiponitrilo Perfumería, electrosíntesis de anisaldehido Electrodepósitos de metales (galvanotecnia) Estudio de fenómenos de corrosión Fotoelectroquímica Fotosíntesis artificial Polímeros conductores Recubrimiento de metales con polímeros conductores Electrocromismo (lentes de sol, espejos anti-resplandor) Músculos artificiales Electroquímica y el medio ambiente (depuración de efluentes industriales, líquidos, gaseosos) Principales objetivos de la investigación en nanotecnología para afrontar el desafío energético según un reciente informe de National Nanotechnology Initiative (NNI) Recientemente ha comenzado una revolución científica y tecnológica basada en la habilidad de manipular y organizar sistemáticamente la materia en la nanoescala. La nanotecnología es la creación de materiales, dispositivos y sistemas funcionales mediante el control de la materia en la escala de longitud del nanómetro (1-100 nanómetros). En comparación, un tamaño de 10 nanómetros es unas 1000 veces menor que un cabello Profesora: Dalje Sunith Barbosa Trillos Ph. D. Universidad Autonoma de Bucaramanga Agosto-2019
