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Proceso en el Electrodo
El anEl anáálisis de un proceso de electrodo permite distinguir:lisis de un proceso de electrodo permite distinguir:
••TransporteTransporte
de de especiesespecies
electroactivaselectroactivas
haciahacia
el el electrodoelectrodo••AdsorciAdsorcióónn
de de laslas
mismasmismas
en el en el electrodoelectrodo
••TransferenciaTransferencia
de de cargacarga••DesorciDesorcióónn
de de productosproductos
de de reaccireaccióónn
del del electrodoelectrodo
••DifusiDifusióónn
de de dichosdichos
productosproductos
haciahacia
el el senoseno
de la de la disolucidisolucióónn••ReaccionesReacciones
ququíímicasmicas
secundariassecundarias
••FormaciFormacióónn
de de nuevasnuevas
fasesfases
Entre 1800Entre 1800--1830 Michael 1830 Michael FaradayFaraday ffíísico y qusico y quíímico ingles, realizmico ingles, realizóó
estudios estudios
cuantitativos referente a la relacicuantitativos referente a la relacióón n entre la cantidad de electricidad que entre la cantidad de electricidad que pasa por una solucipasa por una solucióón y resultado de n y resultado de sus investigaciones las enuncio entre sus investigaciones las enuncio entre los alos añños 1833os 1833--1834 en las leyes que 1834 en las leyes que tienen su nombre.tienen su nombre.
En honor a En honor a FaradayFaraday, a la carga de un , a la carga de un molmol
de electrones se le de electrones se le didióó
el nombre de el nombre de
faradio, F , ahora se recomienda utilizar faradio, F , ahora se recomienda utilizar el nombre de constante de el nombre de constante de FaradayFaraday
para para
FF..
1 F = 1,6022. 101 F = 1,6022. 10--1919
C/electrC/electróón n
(6,02.10(6,02.1023 23 electrones/electrones/molmol
) = 96.500 C/) = 96.500 C/molmol
"...(1) el poder químico de una corriente de "...(1) el poder químico de una corriente de electricidad está en proporción directa de la electricidad está en proporción directa de la cantidad absoluta de electricidad que pasa..."cantidad absoluta de electricidad que pasa..."
La La masamasa de de unauna sustanciasustancia depositadadepositada porpor unauna corrientecorriente eléctricaeléctrica en en unauna electrólisiselectrólisis eses proporcionalproporcional a la a la cantidadcantidad de de electricidadelectricidad queque pasapasa porpor el el electrodoelectrodo..
"...(2) los pesos equivalentes de las "...(2) los pesos equivalentes de las substancias son simplemente aquellas substancias son simplemente aquellas cantidades de ellas que contienen cantidades de ellas que contienen cantidades iguales de electricidad..."cantidades iguales de electricidad..."
Las Las cantidadescantidades de de sustanciassustancias electrolelectrolííticasticas depositadasdepositadas porpor la la acciaccióónn de de unauna mismamisma cantidadcantidad de de electricidadelectricidad son son proporcionalesproporcionales a a laslas masasmasas equivalentesequivalentes de de laslas sustanciassustancias..
Lab. de Faraday en el Royal Institut. Museo de la Ciencia, Londres
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.
3. La masa del metal depositado sobre el c3. La masa del metal depositado sobre el cáátodo por todo por electrelectróólisis es proporcional a la cantidad de corriente lisis es proporcional a la cantidad de corriente que atraviesa la celda y a la masa atque atraviesa la celda y a la masa atóómica (A) del mica (A) del metal e inversamente proporcional a la carga del metal e inversamente proporcional a la carga del mismo. mismo.
tinA
F1m ×××=
Es decir:
F = F = nnúúmeromero
de Faraday (96500 de Faraday (96500 coulombioscoulombios), n = ), n = nnúúmeromero
de de electroneselectronesi = i = corrientecorriente
en en amperiosamperios, t = , t = segundossegundos
y A = y A = gramosgramos
¿¿CuCuáándo ocurre un proceso farndo ocurre un proceso faráádico y dico y cuando uno no farcuando uno no faráádico?dico?
Un proceso farádico ocurre cuando hay Un proceso farádico ocurre cuando hay transferencia de electrones a través de la interfase transferencia de electrones a través de la interfase metalmetal--soluciónsolución, pudiendo esto provocar oxidación o , pudiendo esto provocar oxidación o bien reducción de los componentes del sistema. bien reducción de los componentes del sistema. Todos los procesos que poseen éstas características Todos los procesos que poseen éstas características se dicen que cumplen con la se dicen que cumplen con la ley de ley de FaradayFaraday y se los y se los llama llama procesos procesos farádicosfarádicos..
Los electrodos donde tienen lugar los procesos farádicos se les denomina “electrodos de transferencia de carga”.
En este caso no hay paso de ningún tipo de En este caso no hay paso de ningún tipo de carga por la interfase, es decir que la corriente carga por la interfase, es decir que la corriente puede circular (al menos transitoriamente) puede circular (al menos transitoriamente) cuando el potencial o la composición de la cuando el potencial o la composición de la solución cambie.solución cambie.
Un proceso no farádico, son todos aquellos Un proceso no farádico, son todos aquellos procesos (como por ejemplo adsorción o procesos (como por ejemplo adsorción o desorcióndesorción) donde la estructura electrodo) donde la estructura electrodo-- solución, varía con el potencial y la solución, varía con el potencial y la composición de la solución.composición de la solución.
ELECTRODO IDEALMENTE ELECTRODO IDEALMENTE POLARIZADO, EIPPOLARIZADO, EIP
Aquel electrodo en donde no se da Aquel electrodo en donde no se da lugar a transferencia de carga en la lugar a transferencia de carga en la interfase metalinterfase metal--solucisolucióón cuando al n cuando al mismo se le impone un potencial mismo se le impone un potencial externo.externo.
Dispositivo que almacena Dispositivo que almacena cargacarga
elelééctrica. ctrica. En su forma mEn su forma máás sencilla, un condensador s sencilla, un condensador estestáá
formado por dos placas metformado por dos placas metáálicas licas
(armaduras) separadas por una l(armaduras) separadas por una láámina no mina no conductora o conductora o dieldielééctricoctrico. .
Al conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa.
Condensador
Carga elCarga elééctrica elementalctrica elemental
••
Unidad fundamental de carga elUnidad fundamental de carga elééctrica, coincidente ctrica, coincidente con la carga del con la carga del electrelectróónn
y con la del y con la del protprotóónn. .
••
Considera la materia en su conjunto como Considera la materia en su conjunto como elelééctricamente neutra, debido a la compensacictricamente neutra, debido a la compensacióón n entre las cargas positivas y las negativas. Un cuerpo entre las cargas positivas y las negativas. Un cuerpo estestáá
cargado o posee carga elcargado o posee carga elééctrica cuando existe ctrica cuando existe
un desequilibrio o desigual reparto de cargas, que se un desequilibrio o desigual reparto de cargas, que se manifiesta por una serie de hechos cuyo fundamento manifiesta por una serie de hechos cuyo fundamento estudia la electrostestudia la electrostáática. tica.
••
La carga elLa carga elééctrica constituye una magnitud ctrica constituye una magnitud fundamental que, en los fenfundamental que, en los fenóómenos elmenos elééctricos, ctricos, desempedesempeñña un papel semejante al de la masa en los a un papel semejante al de la masa en los fenfenóómenos mecmenos mecáánicos. La unidad de medida de nicos. La unidad de medida de carga elcarga elééctrica es el ctrica es el franklinfranklin
en el sistema CGS, y el en el sistema CGS, y el
culombioculombio
en el sistema internacional (SI). en el sistema internacional (SI).
••
La botella de La botella de LeydenLeyden
es un condensador simple en el que las dos placas es un condensador simple en el que las dos placas conductoras son finos revestimientos metconductoras son finos revestimientos metáálicos dentro y fuera del cristal de la licos dentro y fuera del cristal de la botella, que a su vez es el botella, que a su vez es el dieldielééctricoctrico. La magnitud que caracteriza a un . La magnitud que caracteriza a un condensador es su condensador es su capacidadcapacidad, cantidad de , cantidad de carga carga elelééctrciactrcia
que puede que puede almacenar a una diferencia de potencial determinado. almacenar a una diferencia de potencial determinado.
Primer CondensadorPrimer Condensador
••
Los condensadores tienen un lLos condensadores tienen un líímite para la mite para la carga carga elelééctricactrica
que pueden almacenar, pasado el cual se que pueden almacenar, pasado el cual se
perforan. perforan.
••
Pueden conducir Pueden conducir corriente continuacorriente continua
durante sdurante sóólo un lo un instante, aunque funcionan bien como conductores instante, aunque funcionan bien como conductores en circuitos de en circuitos de corriente alternacorriente alterna. .
••
Esta propiedad los convierte en dispositivos muy Esta propiedad los convierte en dispositivos muy úútiles cuando debe impedirse que la tiles cuando debe impedirse que la corriente corriente continuacontinua
entre a determinada parte de un circuito entre a determinada parte de un circuito
elelééctrico. ctrico. ••
Los condensadores de Los condensadores de capacidadcapacidad
fija y fija y capacidadcapacidad
variable se utilizan junto con las variable se utilizan junto con las bobinasbobinas, formando , formando circuitos en resonancia, en las circuitos en resonancia, en las radiosradios
y otros equipos y otros equipos
electrelectróónicos. nicos. ••
AdemAdemáás, en los tendidos els, en los tendidos elééctricos se utilizan ctricos se utilizan grandes condensadores para producir resonancia grandes condensadores para producir resonancia elelééctrica en el cable y permitir la transmisictrica en el cable y permitir la transmisióón de mn de máás s potencia. potencia.
PotenciaPotencia
En En FFíísicasica, potencia es la cantidad de , potencia es la cantidad de trabajotrabajo
efectuado por unidad de efectuado por unidad de tiempo. Esto es equivalente a la velocidad de cambio de tiempo. Esto es equivalente a la velocidad de cambio de energenergííaa
en un en un sistema o al tiempo empleado en realizar un trabajo, segsistema o al tiempo empleado en realizar un trabajo, segúún queda n queda definido por:definido por:
dondedonde••PP es la potencia. es la potencia. ••EE es la energes la energíía total o trabajo. a total o trabajo. ••tt es el es el tiempotiempo. .
Donde I es el valor instantDonde I es el valor instantááneo de la corriente y V es el valor neo de la corriente y V es el valor
instantinstantááneo del voltaje. Si I se expresa en neo del voltaje. Si I se expresa en amperiosamperios
y V en y V en voltiosvoltios, P , P estarestaráá
expresada en expresada en WattsWatts. Igual definici. Igual definicióón se aplica cuando se n se aplica cuando se consideran valores promedio para I, V y P.consideran valores promedio para I, V y P.
Cuando se trata de Cuando se trata de corriente continuacorriente continua
(DC) la potencia el(DC) la potencia elééctrica ctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terdesarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales minales es el producto de la es el producto de la diferencia de potencialdiferencia de potencial
entre dichos terminales y la entre dichos terminales y la intensidad de corrienteintensidad de corriente
que pasa a travque pasa a travéés del dispositivo. Esto es,s del dispositivo. Esto es,
Cuando el dispositivo es una Cuando el dispositivo es una resistenciaresistencia
de valor R no se puede de valor R no se puede calcular la calcular la resistencia equivalenteresistencia equivalente
del dispositivo, la potencia del dispositivo, la potencia tambitambiéén puede calcularse como n puede calcularse como
CorrienteCorriente••
Si dos cuerpos de Si dos cuerpos de cargacarga
igual y opuesta se igual y opuesta se conectan por medio de un conductor conectan por medio de un conductor metmetáálico, por ejemplo un cable, las lico, por ejemplo un cable, las cargascargas
se neutralizan mutuamente. Esta se neutralizan mutuamente. Esta neutralizacineutralizacióón se lleva a cabo mediante un n se lleva a cabo mediante un flujo de flujo de electroneselectrones
a trava travéés del conductor, s del conductor, desde el cuerpo cargado negativamente al desde el cuerpo cargado negativamente al cargado positivamente (en ingeniercargado positivamente (en ingenieríía a elelééctrica, se considera por convencictrica, se considera por convencióón que n que la corriente fluye en sentido opuesto, es la corriente fluye en sentido opuesto, es decir, de la decir, de la cargacarga
positiva a la negativa). positiva a la negativa).
CorrienteCorriente
Corriente continuaCorriente continua
••En cualquier sistema continuo de En cualquier sistema continuo de conductores, los conductores, los electroneselectrones
fluyen fluyen desde el punto de menor potencial desde el punto de menor potencial hasta el punto de mayor potencial. hasta el punto de mayor potencial. Un sistema de esa clase se Un sistema de esa clase se denomina circuito eldenomina circuito elééctrico. La ctrico. La corriente que circula por un circuito corriente que circula por un circuito se denomina corriente continua se denomina corriente continua ((c.cc.c.) si fluye siempre en el mismo .) si fluye siempre en el mismo sentido y corriente alterna (sentido y corriente alterna (c.ac.a.) si .) si fluye alternativamente en uno u otro fluye alternativamente en uno u otro sentido.sentido.
CapacidadCapacidad••
Aptitud de un Aptitud de un condensadorcondensador
de conservar una de conservar una
cargacarga, determinada por el tama, determinada por el tamañño de sus o de sus armaduras, y por el espesor y armaduras, y por el espesor y permitividadpermitividad
del del dieldielééctricoctrico
que las separa.que las separa.••
La capacidad de un La capacidad de un condensadorcondensador
se obtiene se obtiene
de dividir la de dividir la cargacarga
Q almacenada por la Q almacenada por la diferencia de potencial entre las armaduras. diferencia de potencial entre las armaduras. La unidad de medida es el faradio (F) en La unidad de medida es el faradio (F) en honor a honor a FaradayFaraday..
Capacidad de unCapacidad de un
CondensadorCondensador
••
Un condensador estUn condensador estáá
constituido por dos constituido por dos placas metplacas metáálicas separadas por un licas separadas por un material dielmaterial dielééctrico cuyo comportamiento ctrico cuyo comportamiento obedece a la ecuaciobedece a la ecuacióón:n:
donde q = carga del condensador; E = potencial donde q = carga del condensador; E = potencial que pasa a travque pasa a travéés del condensador (V) y C es la s del condensador (V) y C es la capacidad en Faradioscapacidad en Faradios
EqC =
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.
AnalogAnalogíía entre la interfase metala entre la interfase metal-- solucisolucióón y un condensadorn y un condensador
A un potencial dado, el electrodo A un potencial dado, el electrodo metmetáálico lleva una carga, que la lico lleva una carga, que la llamaremos llamaremos qqMM
y la soluciy la solucióón una carga n una carga
qqSS
..
Uno puede hacer que la carga sobre el Uno puede hacer que la carga sobre el metal sea positiva o negativa metal sea positiva o negativa dependiendo de la composicidependiendo de la composicióón de la n de la solucisolucióón y del potencial que atraviese la n y del potencial que atraviese la interfase. interfase.
SM qq −=
En este caso,En este caso,
lla a cargacarga
del metal del metal qqMM
y y
representarepresenta
el el excesoexceso
o o defectodefecto
de e y de e y ellaella
se se encuentraencuentra
en en unauna
capacapa
extremadamenteextremadamente
delgadadelgada
(< 0.1(< 0.1ÅÅ) en la ) en la superficiesuperficie
del metal.del metal.
La La cargacarga
en la en la solucisolucióónn
qqSS
estestáá
constituidaconstituida
porpor
un un excesoexceso
bienbien
sea de sea de cationescationes
o o anionesaniones
vecinosvecinos
a la a la superficiesuperficie
del del
electrodoelectrodo..
SSíí
dividimos las cargas dividimos las cargas qqMM
y y qqSS
por por
unidad de unidad de áárea, obtenemos una rea, obtenemos una ecuaciecuacióón que llamaremos densidad n que llamaremos densidad de carga de carga σσ::
AqσM
M =
las
unidades
generalmente
empleadas
son μC/cm2
Las propiedades de la interfase dependen de la Las propiedades de la interfase dependen de la naturaleza del electrodo y de las caracternaturaleza del electrodo y de las caracteríísticas de sticas de la disolucila disolucióón, entre esas propiedades podemos n, entre esas propiedades podemos citar:citar:
••
fuerzas elfuerzas elééctricas de las especies ctricas de las especies junto al electrodojunto al electrodo
••
interacciones quinteracciones quíímicasmicas••
ordenaciordenacióón de la propia interfasen de la propia interfase
en consecuencia: en consecuencia:
La distribución de carga en la La distribución de carga en la interfase no es uniforme y se interfase no es uniforme y se originan diferencias de potencial originan diferencias de potencial entre el interior del metal y el entre el interior del metal y el seno de la disoluciónseno de la disolución
