Proceso en el Electrodo El análisis de un proceso de electrodo permite distinguir: Transporte de especies electroactivas hacia el electrodoTransporte.

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2 Proceso en el Electrodo El análisis de un proceso de electrodo permite distinguir: Transporte de especies electroactivas hacia el electrodoTransporte de especies electroactivas hacia el electrodo Adsorción de las mismas en el electrodoAdsorción de las mismas en el electrodo Transferencia de cargaTransferencia de carga Desorción de productos de reacción del electrodoDesorción de productos de reacción del electrodo Difusión de dichos productos hacia el seno de la disoluciónDifusión de dichos productos hacia el seno de la disolución Reacciones químicas secundariasReacciones químicas secundarias Formación de nuevas fasesFormación de nuevas fases

3 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. 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.

4 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

5 "...(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.

6 Si se conectan en serie varias celdas conteniendo soluciones de sales de diferentes metales como por ejemplo CuSO 4 y AgNO 3 se puede comprobar que las cantidades depositadas son químicamente equivalentes, lo cual significa que están en la misma relación de los equivalente químicos, o sea, el cuociente entre el peso atómico y la valencia del metal. Para el caso anterior se tiene: Si se denota por M 1 al equivalente químico del Cu y M 2 al de la plata, se cumple:

7 Esta relación que se cumple siempre y cuando no existan fenómenos secundarios como dilución de las especies depositadas reacciones químicas posteriores Si se depositan elementos distintos en los electrodos de la misma célula se verifica algo similar lo cual puede enunciarse mediante la segunda ley de Faraday.

8 "...(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.

9 Las masa de diversos elementos depositados en un mismo circuito son proporcionales a sus pesos atómicos e inversamente proporcional a la valencia Así se tiene que: las cantidades depositadas son proporcionales a los equivalentes químicos de modo que se cumple:

10 “…La masa de un elemento depositado en una celda electroquímica, depende de la cantidad total de electricidad que circule por ella y es proporcional a ésta. donde, E es una constante para cada elemento conocida como equivalente electroquímico y representa la masa del elemento depositada por unidad de electricidad y “q” es la cantidad de electricidad

11 Si la corriente es de intensidad constante se tiene: donde “q” se mide en coulombs, “t” es el tiempo en segundos e “i” se mide en amperes (C/s) Así se cumple además: De este modo los equivalentes químicos son proporcionales a los equivalentes electroquímicos

12 luego: se obtiene: Se denomina por peso equivalente a una cantidad del elemento químico que cumple con la condición de que el peso expresado en gramos sea igual a su equivalente químico. Por tanto la cantidad de electricidad necesaria para depositar un peso equivalente de un elemento es: donde F es la conocida constante de Faraday Luego:

13 Lab. de Faraday en el Royal Institut. Museo de la Ciencia, Londres

14 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.

15 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 : F = número de Faraday (96500 coulombios), n = número de electrones i = corriente en amperios, t = segundos y A = gramos

16 ¿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.

17 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. Un proceso no farádico, son todos aquellos procesos (como por ejemplo adsorción o desorción) donde la estructura electrodo-solución, varía con el potencial y la composición de la solución.

18 ELECTRODO IDEALMENTE POLARIZADO, EIP 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. 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.

19 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.cargadieléctrico Al conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa.

20 Condensador

21 Analogía entre la interfase metal- solución y un condensador

22 A un potencial dado, el electrodo metálico lleva una carga, que la llamaremos q M y la solución una carga q S. 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.

23 En este caso,la carga del metal q M y representa el exceso o defecto de e y ella se encuentra en una capa extremadamente delgada (< 0.1Å) en la superficie del metal. En este caso, la carga del metal q M y representa el exceso o defecto de e y ella se encuentra en una capa extremadamente delgada (< 0.1Å) en la superficie del metal. La carga en la solución q S está constituida por un exceso bien sea de cationes o aniones vecinos a la superficie del electrodo.

24 Sí dividimos las cargas q M y q S por unidad de área, obtenemos una ecuación que llamaremos densidad de carga  : las unidades generalmente empleadas son  C/cm 2

25 Distribución de potencial y carga en la interfase Campo eléctrico de la interfase electroquímica en un conductor iónico y electrónico En la figura se muestra un carga de superficie con una carga es- pacial en la cual asumimos una densidad de carga uniforme. El ejemplo en una celda: Imaginemos un electrodo en contacto con un electrolito φ =  densidad de carga

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27 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 electrodofuerzas eléctricas de las especies junto al electrodo interacciones químicasinteracciones químicas ordenación de la propia interfaseordenación de la propia interfase

28 en consecuencia: 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

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34 Carga eléctrica elemental Carga eléctrica elemental Unidad fundamental de carga eléctrica, coincidente con la carga del electrón y con la del protón.Unidad fundamental de carga eléctrica, coincidente con la carga del electrón y con la del protón.electrónprotónelectrónprotón Considerada la materia en su conjunto como eléctricamente neutra, debido a la compensación entre las cargas positivas y las negativas, se considera que un cuerpo está cargado o que 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.Considerada la materia en su conjunto como eléctricamente neutra, debido a la compensación entre las cargas positivas y las negativas, se considera que un cuerpo está cargado o que 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).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).franklin culombiofranklin culombio

35 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.dieléctricocapacidadcarga eléctrcia Primer Condensador

36 Los condensadores tienen un límite para la carga eléctrica que pueden almacenar, pasado el cual se perforan.Los condensadores tienen un límite para la carga eléctrica que pueden almacenar, pasado el cual se perforan.carga eléctricacarga eléctrica 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.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.corriente continuacorriente alternacorriente continuacapacidad bobinasradioscorriente continuacorriente alternacorriente continuacapacidad bobinasradios

37 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.cargacargas electrones cargaelectrones Corriente Corriente contínua

38 Capacidad 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.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.condensador cargadieléctricocondensador cargadieléctrico 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.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.condensadorcargaFaradaycondensadorcargaFaraday Capacidad de un Condensador

39 Un condensador está constituido por dos placas metálicas separadas por un material dieléctrico cuyo comportamiento obedece a la ecuación:Un condensador está constituido por dos placas metálicas separadas por un material dieléctrico cuyo comportamiento obedece a la ecuación: donde q = carga del condensador; E = potencial que pasa a través del condensador (V) y C es la capacidad en Faradios 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.