P3 - Facultad de Ciencias-UCV
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Proceso en el Electrodo<br />
El análisis <strong>de</strong> un proceso <strong>de</strong> electrodo permite distinguir:<br />
•Transporte<br />
<strong>de</strong> especies electroactivas hacia el electrodo<br />
•Adsorción <strong>de</strong> las mismas en el electrodo<br />
•Transferencia<br />
<strong>de</strong> carga<br />
•Desorción <strong>de</strong> productos <strong>de</strong> reacción <strong>de</strong>l electrodo<br />
•Difusión <strong>de</strong> dichos productos hacia el seno <strong>de</strong> la disolución<br />
•Reacciones<br />
químicas<br />
secundarias<br />
•Formación <strong>de</strong> nuevas fases
Entre 1800-1830 1830 Michael Faraday<br />
físico y químico ingles, realizó estudios<br />
cuantitativos referente a la relación<br />
entre la cantidad <strong>de</strong> electricidad que<br />
pasa por una solución n y resultado <strong>de</strong><br />
sus investigaciones las enuncio entre<br />
los años a<br />
1833-1834 1834 en las leyes que<br />
tienen su nombre.
En honor a Faraday, , a la carga <strong>de</strong> un<br />
mol <strong>de</strong> electrones se le dió el nombre <strong>de</strong><br />
faradio, F , ahora se recomienda utilizar<br />
el nombre <strong>de</strong> constante <strong>de</strong> Faraday para<br />
F.<br />
1 F = 1,6022. 10 -19<br />
C/electrón<br />
(6,02.10 23 electrones/mol<br />
) = 96.500 C/mol
"...(1) el po<strong>de</strong>r químico <strong>de</strong> una corriente <strong>de</strong><br />
electricidad está en proporción directa <strong>de</strong> la<br />
cantidad absoluta <strong>de</strong> electricidad que pasa..."<br />
La masa <strong>de</strong> una sustancia <strong>de</strong>positada por una<br />
corriente<br />
eléctrica<br />
en<br />
una<br />
electrólisis<br />
es<br />
proporcional a la cantidad <strong>de</strong> electricidad que<br />
pasa por el electrodo.
"...(2) los pesos equivalentes <strong>de</strong> las<br />
substancias son simplemente aquellas<br />
cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> ellas que contienen<br />
cantida<strong>de</strong>s iguales <strong>de</strong> electricidad..."<br />
Las cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> sustancias electrolíticas<br />
ticas<br />
<strong>de</strong>positadas por la acción <strong>de</strong> una misma<br />
cantidad<br />
<strong>de</strong><br />
electricidad<br />
son<br />
proporcionales a las masas equivalentes <strong>de</strong><br />
las sustancias.
Lab. <strong>de</strong> Faraday en el Royal Institut. Museo <strong>de</strong> la Ciencia, Londres
1. En una electrólisis, los productos <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>scomposición electroquímica<br />
aparecerán en los electrodos y no en el<br />
seno <strong>de</strong>l electrolito.<br />
1. Los metales <strong>de</strong> las sales y <strong>de</strong> las bases<br />
<strong>de</strong> los ácidos <strong>de</strong> hidrógeno aparecerán<br />
en el cátodo y el resto <strong>de</strong> la molécula<br />
conjuntamente con sus productos <strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>scomposición en el ánodo.
3. La masa <strong>de</strong>l metal <strong>de</strong>positado sobre el cátodo c<br />
por<br />
electrólisis lisis es proporcional a la cantidad <strong>de</strong> corriente<br />
que atraviesa la celda y a la masa atómica (A) <strong>de</strong>l<br />
metal e inversamente proporcional a la carga <strong>de</strong>l<br />
mismo.<br />
Es <strong>de</strong>cir:<br />
1 A<br />
m = × × i ×<br />
F n<br />
t<br />
F = número<br />
<strong>de</strong> Faraday (96500 coulombios), n = número<br />
<strong>de</strong> electrones<br />
i = corriente en amperios, , t = segundos y A = gramos
¿Cuándo ocurre un proceso farádico y<br />
cuando uno no farádico?<br />
Un proceso farádico ocurre cuando hay<br />
transferencia <strong>de</strong> electrones a través <strong>de</strong> la interfase<br />
metal-solución<br />
solución, , pudiendo esto provocar oxidación o<br />
bien reducción <strong>de</strong> los componentes <strong>de</strong>l sistema.<br />
Todos los procesos que poseen éstas características<br />
se dicen que cumplen con la ley <strong>de</strong> Faraday y se los<br />
llama procesos farádicos.<br />
Los electrodos don<strong>de</strong> tienen lugar los procesos farádicos se les<br />
<strong>de</strong>nomina “electrodos <strong>de</strong> transferencia <strong>de</strong> carga”.
Un proceso no farádico, son todos aquellos<br />
procesos (como por ejemplo adsorción o<br />
<strong>de</strong>sorción) ) don<strong>de</strong> la estructura electrodo-<br />
solución, varía con el potencial y la<br />
composición <strong>de</strong> la solución.<br />
En este caso no hay paso <strong>de</strong> ningún tipo <strong>de</strong><br />
carga por la interfase, es <strong>de</strong>cir que la corriente<br />
pue<strong>de</strong> circular (al menos transitoriamente)<br />
cuando el potencial o la composición <strong>de</strong> la<br />
solución cambie.
ELECTRODO IDEALMENTE<br />
POLARIZADO, EIP<br />
Aquel electrodo en don<strong>de</strong> no se da<br />
lugar a transferencia <strong>de</strong> carga en la<br />
interfase metal-soluci<br />
solución n cuando al<br />
mismo se le impone un potencial<br />
externo.
Dispositivo que almacena carga eléctrica.<br />
En su forma más m s sencilla, un con<strong>de</strong>nsador<br />
está<br />
formado por dos placas metálicas<br />
(armaduras) separadas por una lámina l<br />
no<br />
conductora o dieléctrico<br />
ctrico.<br />
Al conectar una <strong>de</strong> las placas a un<br />
generador, ésta se carga e induce una<br />
carga <strong>de</strong> signo opuesto en la otra placa.
Con<strong>de</strong>nsador
Carga eléctrica elemental<br />
• Unidad fundamental <strong>de</strong> carga eléctrica, coinci<strong>de</strong>nte<br />
con la carga <strong>de</strong>l electrón y con la <strong>de</strong>l protón.<br />
• Consi<strong>de</strong>ra la materia en su conjunto como<br />
eléctricamente neutra, <strong>de</strong>bido a la compensación<br />
entre las cargas positivas y las negativas. Un cuerpo<br />
está cargado o posee carga eléctrica cuando existe<br />
un <strong>de</strong>sequilibrio o <strong>de</strong>sigual reparto <strong>de</strong> cargas, que se<br />
manifiesta por una serie <strong>de</strong> hechos cuyo fundamento<br />
estudia la electrostática.<br />
tica.<br />
• La carga eléctrica constituye una magnitud<br />
fundamental que, en los fenómenos eléctricos,<br />
<strong>de</strong>sempeña a un papel semejante al <strong>de</strong> la masa en los<br />
fenómenos mecánicos. La unidad <strong>de</strong> medida <strong>de</strong><br />
carga eléctrica es el franklin en el sistema CGS, y el<br />
culombio en el sistema internacional (SI).
Primer Con<strong>de</strong>nsador<br />
• La botella <strong>de</strong> Ley<strong>de</strong>n es un con<strong>de</strong>nsador simple en el que las dos placas<br />
conductoras son finos revestimientos metálicos <strong>de</strong>ntro y fuera <strong>de</strong>l cristal <strong>de</strong> la<br />
botella, que a su vez es el dieléctrico<br />
ctrico. . La magnitud que caracteriza a un<br />
con<strong>de</strong>nsador es su capacidad, , cantidad <strong>de</strong> carga eléctrcia<br />
que pue<strong>de</strong><br />
almacenar a una diferencia <strong>de</strong> potencial <strong>de</strong>terminado.
• Los con<strong>de</strong>nsadores tienen un límite l<br />
para la carga<br />
eléctrica<br />
que pue<strong>de</strong>n almacenar, pasado el cual se<br />
perforan.<br />
• Pue<strong>de</strong>n conducir corriente continua durante sólo s<br />
un<br />
instante, aunque funcionan bien como conductores<br />
en circuitos <strong>de</strong> corriente alterna.<br />
• Esta propiedad los convierte en dispositivos muy<br />
útiles cuando <strong>de</strong>be impedirse que la corriente<br />
continua entre a <strong>de</strong>terminada parte <strong>de</strong> un circuito<br />
eléctrico.<br />
• Los con<strong>de</strong>nsadores <strong>de</strong> capacidad fija y capacidad<br />
variable se utilizan junto con las bobinas, , formando<br />
circuitos en resonancia, en las radios y otros equipos<br />
electrónicos.<br />
• A<strong>de</strong>más, en los tendidos eléctricos se utilizan<br />
gran<strong>de</strong>s con<strong>de</strong>nsadores para producir resonancia<br />
eléctrica en el cable y permitir la transmisión n <strong>de</strong> más m<br />
potencia.
Potencia<br />
En Física, , potencia es la cantidad <strong>de</strong> trabajo efectuado por unidad <strong>de</strong><br />
tiempo. Esto es equivalente a la velocidad <strong>de</strong> cambio <strong>de</strong> energía en un<br />
sistema o al tiempo empleado en realizar un trabajo, según n queda<br />
<strong>de</strong>finido por:<br />
don<strong>de</strong><br />
•P es la potencia.<br />
•E es la energía a total o trabajo.<br />
•t es el tiempo.
Cuando se trata <strong>de</strong> corriente continua (DC) la potencia eléctrica<br />
<strong>de</strong>sarrollada en un cierto instante por un dispositivo <strong>de</strong> dos terminales<br />
es el producto <strong>de</strong> la diferencia <strong>de</strong> potencial entre dichos terminales y la<br />
intensidad <strong>de</strong> corriente que pasa a través s <strong>de</strong>l dispositivo. Esto es,<br />
Don<strong>de</strong> I es el valor instantáneo neo <strong>de</strong> la corriente y V es el valor<br />
instantáneo neo <strong>de</strong>l voltaje. Si I se expresa en amperios y V en voltios, , P<br />
estará expresada en Watts. . Igual <strong>de</strong>finición n se aplica cuando se<br />
consi<strong>de</strong>ran valores promedio para I, V y P.<br />
Cuando el dispositivo es una resistencia <strong>de</strong> valor R no se pue<strong>de</strong><br />
calcular la resistencia equivalente <strong>de</strong>l dispositivo, la potencia<br />
también n pue<strong>de</strong> calcularse como
Corriente<br />
Corriente<br />
• Si dos cuerpos <strong>de</strong> carga igual y opuesta se<br />
conectan por medio <strong>de</strong> un conductor<br />
metálico, por ejemplo un cable, las cargas<br />
se neutralizan mutuamente. Esta<br />
neutralización n se lleva a cabo mediante un<br />
flujo <strong>de</strong> electrones a través s <strong>de</strong>l conductor,<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> el cuerpo cargado negativamente al<br />
cargado positivamente (en ingeniería<br />
eléctrica, se consi<strong>de</strong>ra por convención n que<br />
la corriente fluye en sentido opuesto, es<br />
<strong>de</strong>cir, <strong>de</strong> la carga positiva a la negativa).<br />
•En cualquier sistema continuo <strong>de</strong><br />
conductores, los electrones<br />
fluyen<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> el punto <strong>de</strong> menor potencial<br />
hasta el punto <strong>de</strong> mayor potencial.<br />
Un sistema <strong>de</strong> esa clase se<br />
<strong>de</strong>nomina circuito eléctrico. La<br />
corriente que circula por un circuito<br />
se <strong>de</strong>nomina corriente continua<br />
(c.c.).) si fluye siempre en el mismo<br />
sentido y corriente alterna (c.a(<br />
c.a.) .) si<br />
fluye alternativamente en uno u otro<br />
sentido.<br />
Corriente continua
Capacidad <strong>de</strong> un Con<strong>de</strong>nsador<br />
Capacidad<br />
• Aptitud <strong>de</strong> un con<strong>de</strong>nsador <strong>de</strong> conservar una<br />
carga, , <strong>de</strong>terminada por el tamaño o <strong>de</strong> sus<br />
armaduras, y por el espesor y permitividad<br />
<strong>de</strong>l dieléctrico<br />
que las separa.<br />
• La capacidad <strong>de</strong> un con<strong>de</strong>nsador se obtiene<br />
<strong>de</strong> dividir la carga Q almacenada por la<br />
diferencia <strong>de</strong> potencial entre las armaduras.<br />
La unidad <strong>de</strong> medida es el faradio (F) en<br />
honor a Faraday.
• Un con<strong>de</strong>nsador está constituido por dos<br />
placas metálicas separadas por un<br />
material dieléctrico cuyo comportamiento<br />
obe<strong>de</strong>ce a la ecuación:<br />
q<br />
C =<br />
E<br />
don<strong>de</strong> q = carga <strong>de</strong>l con<strong>de</strong>nsador; E = potencial<br />
que pasa a través s <strong>de</strong>l con<strong>de</strong>nsador (V) y C es la<br />
capacidad en Faradios<br />
Interpretar la carga <strong>de</strong> un con<strong>de</strong>nsador, es pensar que en una <strong>de</strong> las<br />
placas hay contenido un exceso <strong>de</strong> e, mientras que en la otra placa hay<br />
un <strong>de</strong>fecto <strong>de</strong> e.
Analogía a entre la interfase metal-<br />
solución n y un con<strong>de</strong>nsador
A un potencial dado, el electrodo<br />
metálico lleva una carga, que la<br />
llamaremos q M y la solución n una carga<br />
q S .<br />
Uno pue<strong>de</strong> hacer que la carga sobre el<br />
metal sea positiva o negativa<br />
<strong>de</strong>pendiendo <strong>de</strong> la composición n <strong>de</strong> la<br />
solución n y <strong>de</strong>l potencial que atraviese la<br />
interfase.
En este caso,<br />
la carga<br />
<strong>de</strong>l metal q M y<br />
representa el exceso o <strong>de</strong>fecto <strong>de</strong> e y ella se<br />
encuentra<br />
en una<br />
capa<br />
extremadamente<br />
<strong>de</strong>lgada (< 0.1Å) ) en la superficie <strong>de</strong>l metal.<br />
M<br />
q = −q<br />
S<br />
La carga en la solución q S está constituida<br />
por un exceso bien sea <strong>de</strong> cationes o<br />
aniones<br />
vecinos a la superficie<br />
<strong>de</strong>l<br />
electrodo.
Sí dividimos las cargas q M y q S por<br />
unidad <strong>de</strong> área, obtenemos una<br />
ecuación n que llamaremos <strong>de</strong>nsidad<br />
<strong>de</strong> carga σ:<br />
σ<br />
M =<br />
q<br />
M<br />
A<br />
las unida<strong>de</strong>s generalmente empleadas son μC/cm 2
Las propieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> la interfase <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong> la<br />
naturaleza <strong>de</strong>l electrodo y <strong>de</strong> las características <strong>de</strong><br />
la disolución, entre esas propieda<strong>de</strong>s po<strong>de</strong>mos<br />
citar:<br />
• fuerzas eléctricas <strong>de</strong> las especies<br />
junto al electrodo<br />
• interacciones químicas<br />
• or<strong>de</strong>nación n <strong>de</strong> la propia interfase
en consecuencia:<br />
La distribución <strong>de</strong> carga en la<br />
interfase no es uniforme y se<br />
originan diferencias <strong>de</strong> potencial<br />
entre el interior <strong>de</strong>l metal y el<br />
seno <strong>de</strong> la disolución