El documento describe los conceptos básicos de una celda electroquímica, incluyendo sus componentes (ánodo, cátodo, puente salino), las reacciones redox que ocurren, y las relaciones entre la fuerza electromotriz (FEM), la energía libre de Gibbs (ΔG), y la constante de equilibrio (Keq).

1. Electroquímica 12 de marzo de 2005

3. semireacción semireacción Celda electroquímica ánodo cátodo Puente salino voltímetro algodón solución solución Reacción neta es oxidado a en el ánodo es reducido a en el cátodo

4. La reacción de reducción siempre tiene lugar en el cátodo . La reacción de oxidación siempre tiene lugar en el ánodo. Por convención: El cátodo corresponde al polo positivo de la pila. El ánodo corresponde al polo negativo de la pila. El puente salino se utiliza para unir los dos compartimentos de los electrodos y completar el circuito eléctrico. El más utilizado es el KCl.

5. Dispositivo experimental de la celda electroquimica Voltímetro Mide el voltaje de la celda o sea la fuerza electromotriz o fem (E) y potencial de celda

6. Diagrama de la celda Zn(s) Zn 2+ (ac,1M) + 2e significa Cu 2+ (ac,1M) + 2e Cu(s) significa Significa puente salino cátodo ánodo - Zn o (s)/ Zn 2+ (aq) // Cu 2+ (aq) / Cu o (s) + 1M 1M Zn 0 + Cu 2+ Zn 2+ + Cu 0

7. ¿Cómo determinamos cuál especie se oxida y cuál se reduce? Por medio de la tabla de potenciales de reducción.

8. Electrodo de referencia

9. Celdas que operan en condiciones estándar Zn(s)/Zn 2+ (1M) // H + (1M)/H 2 (1 atm)/ Pt(s) Zn(s) Zn 2+ (1M) + 2e 2H + (1M) + 2e H 2 ( 1 atm) Eº celda = Eº cátodo – Eº ánodo Eº celda = Eº H+/H2 – Eº Zn2+/Zn 0.76V = 0 V – Eº Zn2+/Zn voltímetro voltímetro Puente salino

10. voltímetro voltímetro Electrodo de Zn Electrodo de H 2 (electrodo) Puente salino Puente salino Celdas que operan en condiciones estándar Zn(s) Zn 2+ (ac,1M) + 2e Pt H 2 (1 atm ) 2H + (1M) + 2e Cu 2+ (1M) + 2e Cu(s) Pt(s)/H 2 (1 atm) / H + (1M)//Cu 2+ (1M) /Cu(s) Eº celda = Eº cátodo – Eº ánodo Eº celda = Eº Cu2+/Cu – Eº H+/H2 0.34V = Eº Cu2+/Cu – 0 V

11. Eº celda = Eº Cu2+/Cu – Eº Zn2+/Zn Eº celda = 0.34 V – (– 0.76 V) Eº celda = 1.10 V Celda electroquímica ánodo cátodo Puente salino voltímetro algodón solución solución es oxidado a en el ánodo es reducido a en el cátodo

12. Fuertemente reductor Fuertemente oxidante

13. Espontaneidad de la reacción redox

14. /  G/  /E/ Espontaneidad de reacciones redox Para procesos espontáneos :  G - E +  G = - n F E Energía química Energía eléctrica

15. Relación entre FEM y el  G  G = -nF E n = número de electrones transferidos F = 1 Faraday = cantidad de carga eléctrico de 1 mol de electrones (96500 Coulombios) Coulomb = Joule/Voltio Relaciona el cambio de energía libre con la FEM En condiciones estándar :  Gº = - n F Eº

16. Relación entre FEM y la Keq En el equilibrio  G = 0  G  = - RT ln Keq -nF E  = - RT ln Keq A partir de:  G =  G  + RT ln Q  G  = - nF E  Recordando:

17. a 298 K , F = 96500 J/V.mol, R = 8.314 J/K. mol E  = 0,06 log Keq n E  = R T log Keq n F

18. Relación entre Eº, K eq y  G   G  K eq E  Reacción en condiciones estándar Espontánea En equilibrio No espontánea - > 1 + 0 = 1 0 + < 1 -

19. Relacion entre la FEM estándar de la pila con la constante de equilibrio y el  G  .

20.  G r =  G º + RT ln Q - n F E = - n F Eº + RT ln Q Indica la variación del potencial de la pila con la composición . Ecuación de Nernst aA + bB cC + dD E = Eº - RT ln Q n F

21. Ecuación de Nernst E = E  - 0,06 V log [Productos]  [Reactivos]   Reactivos  Productos a 298 K , F = 96500 J/V.mol, R = 8.314 J/K. mol E = E  - RT ln Q nF

22. Celda de concentración Zn 2+ (aq) + 2 e - Znº (s) Znº / Zn 2+ (aq, 0,10 M) // Zn 2+ (aq, 1,0 M)/ Zn (s) - + E = E  - RT ln Q nF

23. E = 0,0296 V Celda de concentración E = 0 - 0.0257V ln 0,10 2 1,0 Zn 2+ (1 M) Zn 2+ ( 0,1 M) Zn º Zn 2+ ( 0,1 M) + 2 e Zn 2+ (1 M) + 2 e Zn º (s) Oxidación Reducción

24. Efecto del pH en el E reducción A mayor acidez , mayor E de reducción, mayor carácter oxidante MnO 4 - + 8 H + +5 e- 4 H 2 O + Mn 2+ E = E  - 0,06 log [Mn 2+ ] n [ MnO 4 - ] [H + ] 8 E = 1,51 V + 0,06 V log [ MnO 4 - ] [H + ] 8 n [ Mn 2+ ]