Historia de la Electroquímica
La electroquímica fue creada en el siglo XVIII por el científico Luigi Galvani.
William Gilbert tardó 17 años en ser reconocido como el padre de la electricidad.
Charles Francois determinó la teoría de dos fluidos en el año 1700.
Definición de Electroquímica
La electroquímica es la rama de la química que estudia los fenómenos químicos que provocan electricidad y los fenómenos eléctricos que dan lugar a las transformaciones químicas.
La electroquímica fue descubierta por Luigi Galvani, quien la denominó inicialmente «teoría del fluido animal».
Celda Electroquímica
Se denomina celda electroquímica al dispositivo capaz de obtener energía eléctrica a partir de reacciones químicas.
Unidades Eléctricas
Las unidades eléctricas más comunes son el voltio, el amperio y el ohmio.
El amperio es la unidad de intensidad de la corriente eléctrica. Forma parte de las unidades básicas en el Sistema Internacional y no depende de la cantidad de carga eléctrica.
Tipos de Electrólisis
Existen tres tipos de electrólisis:
- Electrólisis de sales fundidas
- Electrólisis de disolución acuosa
- Electrólisis con electrodos activos
Número de Oxidación
El número de oxidación se define como la suma de cargas positivas y negativas de un átomo, lo cual indica indirectamente el número de electrones que el átomo ha aceptado o cedido.
Tipos de Reacciones Redox
Existen varios tipos de reacciones redox, entre ellas:
- Reacciones de combustión: Una reacción de combustión es una reacción redox entre un compuesto y una molécula de oxígeno (O2) para formar productos que contienen oxígeno.
- Redox dismutación o desproporción: Cuando un mismo elemento se oxida y se reduce a la vez.
- Reacciones redox de desplazamiento simple: Es la reacción de una sustancia simple (elemento químico) con un compuesto, donde el elemento desplaza a otro que se encuentra formando parte del compuesto.
Agente Oxidante y Agente Reductor
Agente oxidante: Gana electrones, disminuyendo su número de oxidación.
Agente reductor: Pierde electrones, aumentando su número de oxidación.
Balance de Ecuaciones Químicas
Balancear una ecuación química es igualar el número y clase de átomos, iones o moléculas reactantes con los productos, con la finalidad de cumplir la ley de conservación de la masa.
Consideraciones para Balancear una Ecuación Química
- Los coeficientes afectan a todas las sustancias que preceden.
- El hidrógeno y el oxígeno se equilibran al final, porque generalmente forman agua.
Pasos para Realizar un Balance de Óxido-Reducción
- Asignar correctamente el número de oxidación a todos los átomos que participan en la reacción.
- Observar e identificar cuáles fueron los elementos que experimentaron cambios en los estados de oxidación y con ellos plantear semirreacciones para el agente oxidante y reductor.
- Igualar cada semirreacción en cuanto al número de átomos de cada elemento.
- Igualar cada semirreacción en cuanto al número de cargas, añadiendo electrones en el primer o segundo miembro de la ecuación.
- Igualar la pérdida y ganancia de electrones en cada lado, multiplicando cada semirreacción por los mínimos coeficientes.
- Sumar las dos semirreacciones y simplificar todos los términos comunes en ambos lados de la ecuación resultante.
- Transferir los coeficientes de las semirreacciones a la reacción inicial.
Segunda Ley de Faraday de la Electrólisis
La segunda ley de Faraday de la electrólisis establece que «la razón de las masas de diferentes sustancias producidas durante la electrólisis en una pila es igual a la razón de sus pesos equivalentes».
Descubrimiento de la Electrólisis
William Nicholson descubrió la electrólisis en el año 1800.
Proceso de la Electrólisis
El circuito de electrólisis cuenta con una fuente de alimentación continua y dos polos (positivo y negativo). Por otro lado, tenemos la disolución iónica conductora, necesaria para el paso de la corriente eléctrica entre los polos.
Corrosión
La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma de mayor estabilidad o de menor energía interna.
Tipos de Corrosión
- Química
- Electroquímica
- Por oxígeno
- Microbiológica
- Por presión parcial de oxígeno
- Galvánica
- Por heterogeneidad del material
- Por aireación superficial
Corrosión Microbiológica
La corrosión microbiológica es un tipo de corrosión electroquímica causada por microorganismos, como bacterias, algas y hongos, en superficies metálicas sumergidas.
Celdas de Corrosión Electroquímica
Existen dos tipos de celdas en la corrosión electroquímica:
- Celdas de composición
- Celdas de esfuerzo
Diseño y Prevención de la Corrosión
El diseño de las estructuras metálicas puede retrasar la velocidad de la corrosión.
Los recubrimientos protectores se utilizan para aislar el metal del medio agresivo.
Clasificación de la Atmósfera Corrosiva
Las atmósferas corrosivas se clasifican en:
- Atmósfera industrial
- Atmósfera marina
- Atmósfera rural
La atmósfera marina contiene una gran cantidad de partículas finas de sal marina transportadas por el viento, que se depositan en las superficies metálicas expuestas.
Electrolitos
Un electrolito es un conductor a través del cual viaja la corriente de electrones, como el agua, los ácidos y las bases.
Los electrolitos son sustancias que, en solución o estado líquido, conducen la corriente eléctrica con transporte de carga y masa simultáneamente. A diferencia de los conductores metálicos, estos se trasladan cuando conducen una corriente.
Teoría de Arrhenius
Limitaciones de la Teoría de Arrhenius
- La teoría de Arrhenius solo es válida para disoluciones acuosas (no se puede utilizar para disolventes distintos del agua).
- Las bases deben tener OH en su molécula (esta teoría no puede explicar el carácter básico de sustancias como el NH3).
Postulados de la Teoría de Arrhenius
La teoría de Arrhenius establece que, en una disociación electrolítica, los ácidos son sustancias químicas que contenían hidrógeno y que, disueltas en agua, producían una concentración de iones hidrógeno mayor que la existente en el agua pura.
Electrólisis: Definición
La electrólisis es el proceso mediante el cual se separan los elementos de un compuesto por medio de la electricidad.
Corrosión del Hierro
La corrosión de los metales, y en particular el hierro, es un proceso electroquímico debido a que sobre la pieza del metal que se corroe existen zonas anódicas y catódicas, en el cual el hierro se oxida con el oxígeno del aire en presencia de humedad.
Reacciones Redox en Medio Ácido
En las reacciones redox en medio ácido, siempre están presentes una especie oxidante y una especie reductora, ya sean los reactivos iniciales o los productos obtenidos.
Ionización
La ionización es un procedimiento a través del cual se generan iones (un átomo o una molécula que dispone de carga eléctrica a partir de ganar o de perder una cierta cantidad de electrones).
Ley de Ohm
La ley de Ohm expresa que la densidad de corriente es proporcional a la intensidad del campo eléctrico que la provoca.
Conductividad Molar
La conductividad molar, 
, se define como la razón entre la conductividad electrolítica, K, y la concentración molar, c (mol L-1).
Aplicaciones de las Medidas Conductimétricas
- Determinación de la salinidad del agua de mar
- Control de la pureza del agua
- Determinación de la solubilidad y el Kps de sales insolubles
- Determinación de la constante de disociación de ácidos débiles
Determinación Conductimétrica
Para la determinación conductimétrica se emplean celdas de conductividad que pueden tener diversa geometría. En general, podemos describirlas como un par de electrodos de platino similares.
Movilidad Iónica
La movilidad iónica es la velocidad absoluta que adquiere un ion bajo la acción de un campo de intensidad unitaria o bajo la acción de un gradiente de potencial unitario.
Método del Límite Móvil
El método del límite móvil se basa en la formación de una frontera nítida entre dos soluciones de electrolitos que tienen un catión o anión común. Se las expone a un campo eléctrico y la superficie comienza a moverse a una velocidad directamente proporcional a la velocidad del ion.
Equilibrio Químico
Características del Equilibrio Químico
- El estado de equilibrio se caracteriza porque sus propiedades macroscópicas (concentración de reactivos y productos, presión de vapor, etc.) no varían con el tiempo.
- El estado de equilibrio no intercambia materia con el entorno.
Cuando una reacción está en equilibrio: La reacción hacia productos y la reacción hacia reactivos ocurre a la misma velocidad.
Ley de Acción de Masa
La ley de acción de masa fue enunciada en 1864 por los científicos noruegos Cato Maximilian Guldberg y Peter Waage.
Disolución
La dilución consiste en rebajar la cantidad de soluto por unidad de volumen de disolución.
Grado de Disociación
El grado de disociación, α, se define como el cociente entre la cantidad de sustancia disociada, respecto de la cantidad de sustancia inicial o total.
Principio de Le Châtelier
El principio de Le Châtelier establece que «si un sistema químico en equilibrio experimenta un cambio en la concentración, temperatura, volumen o la presión parcial, entonces el equilibrio se desplaza para contrarrestar el cambio impuesto».
Factores que Afectan la Solubilidad de los Compuestos Iónicos
- Temperatura
- Factor energético
- Factor entrópico
Características del Equilibrio
Una característica del equilibrio es que el estado de equilibrio no intercambia materia con el entorno.
Constante de Equilibrio
La constante de equilibrio solo se altera si cambia la temperatura.
Efecto del Aumento de Temperatura
El aumento de la temperatura de un sistema provoca cambios de estado progresivos que van de: Sólido → Líquido → Gas.