Zn 2+ + Cu° No reacciona Zn° + Cu 2+ Zn 2+ + Cu°

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<ul><li> Diapositiva 1 </li> <li> Zn 2+ + Cu No reacciona Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu </li> <li> Diapositiva 2 </li> <li> Celdas electrolticas y celdas galvnicas Electroqumica: cambios qumicos causados por una corriente elctrica y de la produccin de energa elctrica por medio de reacciones qumicas. CELDAS ELECTROLTICAS: energa elctrica energa qumica (NO ESPONTNEO) CELDAS GALVNICAS: energa qumica energa elctrica (ESPONTNEO) ELECTRODOS Activos: se disuelven o forman durante la reaccin. Zn Zn 2+ + 2e - Cu 2+ + 2e - Cu Inertes: sin cambios por la reaccin neta de la celda. Fe 2+ + Pt Fe 3+ + 1e - (Pt) </li> <li> Diapositiva 3 </li> <li> CELDA GALVNICA Durante el funcionamiento de la pila, pueden hacerse las siguientes observaciones experimentales: La diferencia de potencial es de 1,1 V para T=25 El electrodo de Zn disminuye de peso y la concentracin de iones Zn 2+ aumenta en las inmediaciones del electrodo El electrodo de Cu aumenta de peso y disminuye la concentracin de iones Cu 2+ en las cercanas del electrodo. </li> <li> Diapositiva 4 </li> <li> Clulas Galvnicas Semicelda 2: -Alambre de Zn -Disolucin ZnSO 4 Semicelda 1: -Alambre de Cu -Disolucin CuSO 4 Puente salino (KCl) Ampermetro/ Voltmetro Potenciales de electrodo Disoluciones en equilibrio </li> <li> Diapositiva 5 </li> <li> Clulas Galvnicas OBSERVACIONES: - Diferencia de potencial= 1.1 V (T=25 C) - El electrodo de Zn disminuye de peso y la concentracin de iones Zn 2+ aumenta en las inmediaciones del electrodo. - El electrodo de Cu aumenta de peso y disminuye la concentracin de iones Cu 2+ en las cercanas del electrodo. Zn Zn 2+ + 2e - NODO (Oxidacin / produccin de e - ) Cu 2+ + 2e - CuCTODO (Reduccin / consumo de e - ) Reaccin total: Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu Zn / Zn 2+ (1,0M) // Cu 2+ (1,0M) / Cu NODO CTODO e-e- ** En un generador de corriente elctrica (PILA) los electrones siempre van por el circuito exterior desde el nodo al ctodo. Disoluciones en equilibrio </li> <li> Diapositiva 6 </li> <li> CuCu/ Cu SO 4 (1,0M) // AgNO 3 (1,0M) / Ag Al cerrar el circuito se observan los siguientes hechos experimentales La diferencia de potencial entre los dos electrodos es 0,412V El electrodo de cobre disminuye de peso y la concentracin de iones Cu 2+ aumenta en las inmediaciones del electrodo El electrodo de plata aumenta de peso y la concentracin de ion Ag + disminuye en su entorno Ahora el electrodo de cobre es el nodo y el electrodo de plata es el ctodo. En la celda Zn- Cu el Cu era el ctodo y en la celda Cu-Ag el cobre era el nodo. La magnitud del potencial de una celda es una medida directa de la espontaneidad de la reaccin. </li> <li> Diapositiva 7 </li> <li> Por qu los electrones fluyen espontneamente a travs del circuito externo? </li> <li> Diapositiva 8 </li> <li> Medida de la diferencia de potencial de una interfase Imposibilidad de medir la diferencia de potencial Absoluto de un electrodo. V = DP Cu/S + DP S/Zn = DP Cu/S DP Zn/S = Cu = 1.1V Zn Por convenio se toma como referencia el electrodo normal de hidrogeno (ENH). La reaccin que tiene lugar, si funciona Como nodo es:H 2 2H + + 2 e - Como ctodo2H + + 2 e - H 2 M1M1 V M 2 M2M2 M2M2 M1M1 S S </li> <li> Diapositiva 9 </li> <li> Para poder comparar los distintos potenciales de las distintas interfases no solo tienen que estar medidas frente al mismo electrodo de referencia (ENH) sino en las mismas condiciones de presin, si es un gas, concentracin o actividad y temperatura. potencial estndar : los reactivos y los productos se encuentran en sus estados termodinmicos estndar, es decir (concentracin 1M para los iones, presin 1 atm para gases, y temperatura 25C (298K) Pt </li> <li> Diapositiva 10 </li> <li> Zn + 2H + Zn 2+ + H 2 </li> <li> Diapositiva 11 </li> <li> G = - nFE cel </li> <li> Diapositiva 12 </li> <li> Por convenio: 1.- Asignar la d.d.p. estndar de la pila Metal/ENH como potencial estndar del metal M/Mn+. Segn esto: electrodo Zn/Zn 2+ +0,76V -0,76V ; electrodo de Cu/Cu 2+ +0,336 V -0,336V. 2.- Asignar al electrodo M/M n+ el potencial (d.d.p.) estndar de la pila Metal/ENH cuando el metal hace de ctodo sea se reduce. El potencial estndar de cada electrodo nos dice la tendencia a comportarse como ctodo frente al ENH. Cu 2+ + 2e - Cu 0 = +0,336 V 2H + + 2e - H 2 0 = 0,0 V Zn 2+ + 2e - Zn 0 = - 0,760 V Los metales que se encuentran por debajo del hidrogeno en la serie electromotriz (escala de potencial) desplazan H 2. Los que estn por encima producen protones H +. 0 ms positivo tendencia del metal a reducirse y ms negativo ser G 0 &lt; 0 (Mayor poder oxidante) 0 ms negativo tendencia del metal a oxidarse y ms positivo ser G 0 &gt;0 (Mayor Poder Reductor) Escala de potencial referida al electrodo normal de hidrogeno </li> <li> Diapositiva 13 </li> <li> Dos Ejemplos para trabajar: </li> <li> Diapositiva 14 </li> <li> Diapositiva 15 </li> <li> Diapositiva 16 </li> <li> Clculo del potencial de electrodo en condiciones no estndar La ecuacin deducida para los gases puede aplicarse tambin a sustancias disueltas: Como C=1M En el caso del ion Fe 2+ la energa libre de formacin para una c= 0,1M ser : Para calcular el potencial de electrodo Fe/Fe 2+ (0,1M) Fe 2+ + 2e - Fe CATODO H 2 2H + + 2 e - ANODO La reaccin global Fe 2+ + H 2 Fe + 2H + La variacin de energa libre no estndar de dicha reaccin es: </li> <li> Diapositiva 17 </li> <li> Clculo de la diferencia de potencial de una pila en condiciones no estndar ( Fe/Fe 2+ // Cu 2+ / Cu) A partir de la energa de formacin estndar Supongamos una celda formada por Fe en una disolucin de FeSO 4 0,1M Cu en una disolucin 0,5 M de Cu(NO 3 ) 2 Para c =1M el hierro se oxida y el cobre se reduce. Para c 1M no se puede predecir a priori cual va a ser la reaccin espontanea. Suponiendo la reaccin espontanea : Fe Fe 2+ + 2e - NODO Cu 2+ + 2 e - CuCTODO Fe + Cu 2+ Fe 2+ + Cu Energa libre para la reaccin : </li> <li> Diapositiva 18 </li> <li> El potencial de la celda ser: = Reaccin espontnea Clculo de la diferencia de potencial de una pila en condiciones no estndar ( Fe/Fe 2+ // Cu 2+ / Cu) De forma general para la reaccin espontnea: a A + b B c C + d D </li> <li> Diapositiva 19 </li> <li> Pilas de concentracin CELDA Semicelda1: Ag en Ag + 1M Semicelda 2: Ag en Ag + 0,01M Ag Ag + (0,01M) + e - ANODO Ag + (1M) + e - Ag CATODO Ag + Ag + (1M) Ag + (0,01M) + Ag La reaccin espontanea tiende a igualar las dos concentraciones. El potencial estndar de la pila es cero pero la diferencia de potencial generada: Ag (Ag+)=0.01M(Ag+)=1M </li> <li> Diapositiva 20 </li> <li> Variacin de la diferencia de potencial de una pila con el tiempo Vamos a utilizar la Ec, de Nernst para ver como varia el potencial de una pila a medida que se consumen los reactivos y se forman los productos. Los potenciales inciales de cada semicelda son: Representando el potencial de cada semicelda y su variacin con el tiempo: t=0 t = 1 t = 0 t = t eq E Co/Co 2+ E Ni/Ni 2+ E 0 ENH 0.0 V-0.247 V-0.306V (0.1M) (1.2M) E = 0.059 V -0.285 V -0.252V E = 0.033 V (0.5M) (0.8M) -0.277 V Ni 2+ + 2e - NiCATODO Co Co 2+ + 2 e - ANODO A medida que la reaccin transcurre [Co 2+ ][Ni 2+ ] </li> <li> Diapositiva 21 </li> <li> Variacin de la diferencia de potencial de una celda con el tiempo Hasta ahora hemos hablado de reacciones espontaneas que ocurren en una celda electroqumica y que producen una corriente elctrica o una diferencia de potencial. Por ejemplo la pila - Al cerrar el circuito el - Al cabo de un tiempo la diferencia de potencial disminuye y cuando llega al equilibrio: PILACELDA </li> <li> Diapositiva 22 </li> <li> Variacin de la diferencia de potencial de una pila con el tiempo Si C Co2+ aumenta a 0,5M: Y la de Ni2+ disminuye a 0,8M: El potencial de la pila: (tiempo) (diferencia de potencial) (La reaccin continuar mientras haya diferencia de potencial) Cuando (diferencia de potencial) = 0 flujo de electrones, reaccin qumica neta y concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes indefinidamente concentraciones de equilibrio (reaccin en equilibrio) Ni 2+ + Co Ni + Co 2+ Cuando los potenciales de las semipilas se igualan </li> <li> Diapositiva 23 </li> <li> Termodinmica de las pilas G = - nF pila &gt;0condiciones estndar G 0 = - nF pila 0 Aplicando la ec = nF Sabemos que + T Sustituyendo +T Ejemplo: Calcular la variacin de energa libre para la reaccin de la pila Daniell Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu Si: Calcular a 298K y Aplicando la ecuacin: nF + T = -218,5 KJ </li> </ul>

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