celdas electroquímicas-607

8/2/2019 Celdas electroqumicas-607

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Escuela Preparatoria FederalLzaro Crdenas

Temas selectos de qumica IIProfesora: Elizabeth Snchez Bustos

Importancia de las celdas electroqumicas en la vidamoderna

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Abraham Becerra Borjas Alondra Domnguez Surez Griselda Galindo Caro Mauricio Ruiz Garca Cynthia Karina Sols Villafuerte Carlos Alejandro Vega Acevedo


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Una celda electroqumica es undispositivo capaz de obtener energaelctrica a partir de reaccionesqumicas, o bien, de producir reaccionesqumicas a travs de la introduccin deenerga elctrica.


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Hay dos tipos fundamentales de celdasy en ambas tiene lugar una reaccinredox, y la conversin o transformacin

de un tipo de energa en otra:

Celdas Galvnicas

Celdas electrolticas


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a) Almacenan energa elctrica(ejemplo bateras).

b) Ocurren espontneamente .

c) Producen un flujo de electrones que va desdeel nodo al ctodo por un conducto externo.

En la celda galvnica, el nodo es negativo (yaque se liberan electrones en lugar de la oxidacin)y el ctodo es positivo. La corriente de electrones

va del polo negativo al positivo.


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Las celdas o clulas galvnicas se clasifican en dosgrandes categoras:

Las clulas primarias transforman la energa

qumica en energa elctrica, de manera irreversible.Cuando se agota la cantidad inicial de reactivospresentes en la pila, la energa no puede ser fcilmenterestaurada o devuelta a la celda electroqumica pormedios elctricos.

Las clulas secundarias pueden ser recargadas, esdecir, que pueden revertir sus reacciones qumicasmediante el suministro de energa elctrica a la celda,hasta el restablecimiento de su composicin original.


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Celda de nquel-cadmio (Ni-Cd). stas siguenutilizndose en herramientas elctricas, radiosde dos vas, bateras de cmaras de video,fotogrficas, etc., y equipos mdicos.

Celda de nquel metal hidruro (NiMH).Sustituyeron a las de nquel-cadmio debido asu mayor capacidad de energa. Se puedenencontrar para uso de pequeos dispositivoselectrnicos y bateras AAA.

Celda de iones de litio (Li-ion). Por el momentotienen la mayor cuota de mercado entre laspilas secas recargables, por ejemplo, en pilasde telfonos mviles.


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a) Requiere una fuente externa de energaelctrica para funcionar.

b) Se fuerza a los electrones: el nodo espositivo y el ctodo negativo. La corriente deelectrones va del polo positivo al negativo.

c) Los mtodos electro-analticos se dividen enlos que tienen lugar en la internase y los queocurren en el seno de la disolucin, siendo losprimeros los que tienen mayor aplicacin.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electr%C3%B3lisis.png?uselang=eshttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electr%C3%B3lisis.png?uselang=eshttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electr%C3%B3lisis.png?uselang=eshttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electr%C3%B3lisis.png?uselang=es


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Existen teoras que permiten explicar el

comportamiento de las solucioneselectrolticas. Una de estas teoras es la

de la Ionizacin de Arrhenius, quienpropuso en 1887 la teora de la

disociacin electroltica, la cual estbasada en la idea de que

los electrolitos se disocian

en iones al ponerse encontacto con el agua.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bunsen_cell.jpg?uselang=es


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Un puente salino se emplea a menudopara proporcionar un contacto inicoentre las dos medias celdas conelectrolitos diferentes, para evitar que lassoluciones se mezclen y provoquenreacciones colaterales no deseadas.


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Un puente salino cumple tres funciones:

Permite el contacto elctrico entre lasdos disoluciones.

Evita mezcla de las disoluciones de loselectrodos.

Mantiene la neutralidad elctrica encada semi-clula a medida que los

iones fluyen dentro y fuera del puentesalino.


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Otros dispositivos para lograr laseparacin de las disoluciones son

vasijas porosas y disolucionesgelificadas.

Tambin se les denomina semirreacciones

pues en cada una de ella tiene lugaruna parte de la reaccin redox:

La prdida de electrones (oxidacin)

tiene lugar en el nodo. La ganancia de electrones (reduccin)

en el ctodo.


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Cada semicelda tiene una tensincaracterstica llamada potencial desemicelda o potencial de reduccin.

Las diferentes sustancias que pueden serescogidas para cada semicelda dan lugara distintas diferencias de potencial de lacelda completa, que es el parmetro quepuede ser medido.

No se puede medir el potencial de cadasemicelda, sino la diferencia entres los

potenciales de ambas.


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se puede predecir a travs de la utilizacinde los potenciales de electrodo, las

tensiones de cada semicelda. La diferenciade voltaje entre los potenciales dereduccin de cadaelectrodo da una

prediccin para elpotencial medido dela pila.


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El trabajo realizado para mover la carga elctricarecibe el nombre de fuerza electromotriz (fem).

La fem es el trabajo que tiene que realizar elgenerador para que se muevan las cargas delcircuito. Sea q la cantidad de carga que pasa porcualquier seccin del circuito en un intervalo detiempo determinado y T el trabajo realizado por elgenerador.

La fem viene dada por: E = Tq La unidad de fem es el voltio v = 1J


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Produccin de aluminio, litio,sodio, potasio y magnesio.

Produccin de hidrxido desodio, cido clorhdrico, clorato de

sodio y clorato de potasio. Produccin de hidrgeno con

mltiples usos en la industria: comocombustible, en soldaduras, etc.

La electrlisis de una solucin

salina que permiteproducir hipoclorito, este mtodose emplea para conseguiruna cloracin ecolgica del aguade las piscinas.


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La anodizacin es usada paraproteger los metales de lacorrosin.

La galvanoplastia, usada paraevitar la corrosin de metales, creauna pelcula delgada de un metalmenos corrosible sobre otro metal.

Se aplica en joyera para recubrircon plata u oro diversas prendas yjoyas; cucharas, tenedores, jarras yotros utensilios que son moldeadosen metales de bajo costo para

luego ser cubiertos por unadelgada capa de un metal msatractivo y resistente a la corrosin,como el oro o la plata.


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Todas las pilas contaminan el medio ambiente porlos metales muy txicas que ellas contienen,entre los que se pueden citar: Mercurio, Plomo,Cadmio, estos metales son txicos para el ser

humano y para algunos animales.

Al tirar las pilas en cualquier parte, estas serevientan con el tiempo y estos contaminantesvan a dar a los cauces da agua y al mar, a las

tierras de sembrado contaminando losalimentos.


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Cuando la pila se agota, se hecha a labasura, una vez destruida la carcasa seliberan los metales pesados y pasan con

facilidad al medio ambiente (pasan ala cadena alimenticia a travs de lasaguas, incorporndose a los organismosvivos, donde ejercen sus efectos txicoso si son incinerados van a la atmsfera

contaminndolos).

Cuando se produce el derrame de loselectrolitos internos de las pilas, arrastra

los metales pesados. Estos metalesfluyen por el suelo contaminando todaforma de vida (asimilacin vegetal yanimal).


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El ms peligroso es el mercurio.

Una pila de mercurio basta paracontaminar 600,000 litros de aguay una pila alcalina 167,000 litros.


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Material

Frasco de vidrioMoneda de cobre

Gancho de papel (clip)2 bateras

Agua

Cinta adhesivaPlastilina


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Primero, vaciamos agua en el frasco. Se colocan lasbateras lado a lado dejando adyacentes los bordes decarga opuesta.

Se conectan los alambres a los bordes y la moneda decobre al alambre del borne positivo de la pila.Debemos unir con plastilina el gancho (clip) al alambredel borde negativo. Hay que tener mucho cuidado de nodejar que los objetos metlicos se toquen dentro de lasolucin.

Se pueden adherir los alambres a la pared del frasco concinta adhesiva para que queden suspendidos.

El experimento se puede repetir cambiando el agua ysustituyndola con sal disuelta en vinagre. *


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Durante el experimento logramos observar elcambio en la coloracin del agua que era elmedio en donde se encontraba la moneda.

Tambin se formaron muchas burbujas las cualeseran diminutas y se encontraban en todo elfrasco pero la mayor concentracin se hallabaen la parte superior de mismo.

Despus de un rato, seguimos observando laformacin de burbujas y el cambio decoloracin en el clip.


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Al colocar una solucin electrolticaen el recipiente y hacer pasar unacorriente elctrica, los iones positivosde la solucin se mueven hacia elctodo y los iones negativos hacia el

nodo. La reduccin ocurre en elctodo (clip) y la oxidacin en elnodo,(cobre).

La corriente ingresa por el polopositivo porque est conectadocon la moneda de cobre, mientras

que la corriente sale a travs delpolo negativo debido a que el clip(gancho) se encuentra unido al polonegativo.


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Cuando la corriente fluye a travs delagua desde el electrodo positivo onodo hasta el electrodo negativoctodo el cobre es transportado desdela moneda hasta el clip (gancho). Elcobre se oxida y el clip se reduce,ocurriendo dos semirreacciones: laprdida de electrones (oxidacin) en

el nodo y la ganancia de electrones(reduccin) en el ctodo.


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Las celdas electroqumicas permiten obtener energa a travsde reacciones de oxidacin y reduccin. Esto es a travs de la

electrlisis y las pilas galvnicas. Las celdas electrolticastendrn electrodos sumergidos en una disolucin, a veces

insertando un puente salino. Su interaccin producir unareaccin de reduccin en el ctodo y en el nodo unaoxidacin. Mientras que las galvnicas almacenarn

energa espontneamente, produciendo un flujo de electronesy iones desde el nodo al ctodo, transformado una reaccinqumica en una corriente elctrica. Ambas presentarn semi-

reacciones de oxidacin y reduccin (redox).

Enconclusin


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Estos tipos de celdas son utilizados en procesos de

produccin de metales, combustibles, sustanciasqumicas, para evitar la corrosin de metales, en la

elaboracin de joyas, utensilios de cocinas (cucharas,tenedores), en los automviles y sus pinturas, en las pilas

de los celulares, en las bateras para juguetes y las

bateras para los autos.

Tambin impiden que los metales y objetos de nuestroentorno mantengan sus

caractersticas y no se oxiden con el agua o la lluvia. Todoesto funciona gracias al mecanismo y a las

caractersticas qumicas y fsicas que poseen las celdasrelacionadas. No slo traen beneficios en la vida moderna

sino tambin, consecuencias para el futuro.


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Las pilas y bateras provocan un impacto ambiental muyalto ya que su contendido es muy contaminante ytxico. Al reventarse con el tiempo, los qumicos entranen contacto con el ambiente, la atmsfera, los animalesy el ser humano, daando ecosistemas. Cuando loselectrolitos que componen a las pilas son derramados,contaminan el suelo y toda forma de vida. Todo estoformando parte del deterioro ambiental que es tannotable en esta poca.

Si conocemos bien la composicin, el mecanismo, lasreacciones y cmo actan estas celdaselectroqumicas, podremos crear una conciencia en lasociedad, una educacin no slo qumica sinoambiental para poder sacar el mayor provecho a laenerga generada y a la hora de desechar los restos, nocontribuir en la contaminacin del planeta.

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