UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA

Campus Tijuana
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS E INGENIERÍA
INGENIERÍA QUÍMICA

2022-1

INGENIERÍA ELECTROQUÍMICA

Dr. Eduardo Alberto López Maldonado

E-mail: elopez92@uabc.edu.mx
 PRIMERA PARTE

Introducción General a la Electroquímica

SEGUNDA PARTE

Electrodos

TERCERA PARTE

Técnicas electroquímicas de análisis

PRIMERA PARTE

Introducción General a la Electroquímica

• Definición de Electroquímica
• Definiciones importantes
• Leyes de Faraday de la electrólisis
• Oxidación-Reducción
• Celda Galvánica y Celda Electrolítica
• Potenciales estándar de oxido reducción
Determinación experimental
Uso de las tablas de potenciales redox
• Representación de una celda
 ELECTROQUÍMICA
QUÍMICA ELECTRÓNICA

Ciencia que estudia la Ciencia del MOVIMIENTO DE

ESTRUCTURA DE LA MATERIA CARGAS en un gas, vacío o
y sus TRANSFORMACIONES. cualquier MATERIAL conductor
o semiconductor

ELECTROQUÍMICA

Ciencia que estudia las INTERFASES

entre dos o más MATERIALES donde hay
MOVIMIENTO DE CARGAS que inducen o
resultan de REACCIONES QUÍMICAS
 Aplicaciones
de la
Electroquímica
REACCIÓN ELECTROQUÍMICA
 Oxidación:
Implica perdida de electrones por parte de alguna o algunas
de las especies involucradas.

Reducción:
Implica captación o aceptación de electrones.
¿Donde ocurren las reacciones redox?

Donde hay una especie

química donadora de
electrones y otra especie
REDUCTOR
química receptora de
electrones
OXIDANTE

Soy un
Halógeno
 En fase no homogénea

Reacción “interna” de óxido-reducción Reacción “externa” de óxido-reducción

2e-

Cu Ag Cu
Ag+ Ag+

NO3-

NO3-
Cu2+
Cu2+

Oxidación: Cuo  Cu2+(ac) + 2e-

Reducción:
2Ag+ + 2e-  2Ago

Reacción global: Cuo + 2Ag+  Cu2+(ac) + 2Ago

Celda galvánica y electrolítica

Celda galvánica (o voltaica)

Es capaz de convertir la energía química en energía eléctrica y abastecer esta

energía a una fuente externa

Celda electrolítica

Se abastece energía eléctrica de una fuente externa a la celda para que se lleve
a cabo la reacción química
 E
e-

Zn C C
Cu

Hg2+

Pb2+
Solución acuosa Solución acuosa
CuSO4 Cu2+
ZnSO4

Celda galvánica Celda electrolítica

 Definiciones Importantes

• Corriente
Es la cantidad de electricidad que circula por un
conductor en unidades de tiempo.

Se representa con la letra i

Tiene unidades de Amperios
 Definiciones Importantes

• Diferencia de Potencial
(f.e.m. entre dos puntos de un conductor)
Es el trabajo necesario para desplazar la unidad de carga
eléctrica de un punto a otro.

Se representa con la letra E

Tiene unidades de Voltios
 La unidad de carga eléctrica se denomina
culombio (símbolo C). Se define como la cantidad
de carga que pasa por una sección en 1 segundo
cuando la corriente eléctrica es de 1 amperio, y se
corresponde con la carga de 6.25 × 1018 electrones
aproximadamente.
 Leyes de Faraday de la electrólisis

1.La masa de una sustancia liberada o

depositada en un electrodo es
proporcional a la cantidad de
electricidad que atraviesa el
electrolito.
q
masa 
F
 Faraday

1 Faraday = 96,485.34 Columbios

Es la cantidad de electricidad que deposita un

equivalente gramo de cualquier sustancia

. .
 Leyes de Faraday de la electrólisis

2.Las masas de diferentes sustancias

liberadas o depositadas por la
misma cantidad de electricidad son
proporcional a las masas
equivalentes de las mismas.
q
masa  mequivalente
F
it
masa  mequivalente
96500
Aplicaciones de las leyes de Faraday

1. Una corriente de 0.100 A fluye a través de una

solución de CuSO4 por 100 segundos. ¿Cuantos gramos
de cobre se depositaron en el cátodo?

masa atomica it
masa equivalente del Cu  masa  mequivalente
2 96500

63.54
masa equivalente del Cu   31.77
2

masa depositada 
0.1 A100 s 31.77 g 
96500 C

masa depositada  0.00329 g  3.29 mg

Aplicaciones de las leyes de Faraday

1. Una corriente de 0.100 A fluye a través de una

solución de CuSO4 por 100 segundos. ¿Cuantos gramos
de cobre se depositaron en el cátodo?

Colombios  0.1 A100 s   10 C

31.77 g Cu deposita 96500C

x g Cu deposita 10 C

masa depositada 
31.77 g 10 C 
96500 C
masa depositada  0.00329 g  3.29 mg
Aplicaciones de las leyes de Faraday

2. Una corriente de 0.100 A fluye a través de una

solución acuosa de PbSO4 por 100 segundos. ¿Cuantos
gramos de Plomo se depositaron en el cátodo?

masa atomica masa 

it
mequivalente
masa equivalente del Pb  96500
2
207.2
masa equivalente del Pb   103.6
2

masa depositada 
0.1 A100 s 103.6 g 
96500 C

masa depositada  0.0107 g  10.7 mg

Aplicaciones de las leyes de Faraday
3. Una corriente de 0.3 A fluye a través de una solución acuosa de Zn(NO3)2 por
500 segundos. ¿Cuantos gramos de Zinc se depositaron en el cátodo de grafito?
50.8 mg Zn

4. Analice las condiciones de trabajo de un reactor electroquímico

de electrodeposición y complete la información:
Nota: El reactor trabaja bajo condiciones semi-intermitentes y esta provisto de un ánodo de sacrifico de hierro de 10 cm2.

Recubrimiento metálico Corriente (A) Tiempo (s) Masa del recubrimiento (mg) Observaciones

AgNO3 0.1 250

AgCl 0.1 250
Zn(NO3)2 0.1 250
CuCl2 0.1 250
AuNO3 0.1 250
Cr(NO3)3 0.1 250
Cr(NO3)6 0.1 250
PbSO4 0.1 250
 Principios fisicoquímicos:

Zn - 2e → Zn2+

Oxidación

Cu2+ + 2e → Cu

Reducción

Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu Oxido-reducción

 Principios fisicoquímicos (2)

e-
Ánodo Cátodo
(oxidación) (Reducción)
Principios fisicoquímicos (3)

Interfase de
referencia:

Electrodo
Normal de
Hidrógeno

(ENH)
 Principios fisicoquímicos (4)
POTENCIAL ESTÁNDAR (V/ENH)
Medida del potencial eléctrico entre dos interfases:

Agente oxidante (Cu2+): Agente reductor (Zn):

se reduce se oxida
 Potenciales estándar de oxido-reducción
CONDICIONES ESTÁNDAR: P= 1 atm, T= 298 K, [especies iónicas]= 1M

Electrodo Reacción Eo (volts) vs ENH

F2 , F  F2  2e   2 F   2.650
Au 3 , Au Au 3  3e   Au  1.500
Cl2 , Cl  Cl2  2e   2Cl   1.360 PODER OXIDANTE

Hg 22 , Hg Hg 22  2e   2 Hg  0.789

Cu 2 , Cu Cu 2   2e   Cu  0.377
H  , H2 2 H   2e   H 2 0.000
Pb 2 , Pb Pb 2  2e   Pb  0.126
Cd 2 , Cd Cd 2  2e   Cd  0.403
Zn 2 , Zn Zn 2   2e   Zn  0.763 PODER REDUCTOR
Mg 2 , Mg Mg 2   2e   Mg  2.370
Sr 2 , Sr Sr 2  2e   Sr  2.890
Li  , Li Li   1e   Li  3.045
© 1995-2002 by Prentice-Hall, Inc.
Cuando dos elementos participan en un
sistema oxido-reducción, en la media
celda correspondiente al elemento más
noble (el que tiene Eo más positivo), ahí
hay reducción; en la otra hay oxidación.
OTRA POSIBILIDAD:

CELDA DE
CONCENTRACIÓN

Nota: El electrodo de pH también funciona así

Principios fisicoquímicos (5)
¿Qué es un reactor electroquímico?
Ejemplo real

e-
e- DG=-nFEcelda
Descarga
Carga

Cátodo
Ánodo
de PbO
PbSO
CELDA
Cátodo de PbSO4 2 4
ELECTROLITICA
Ánodo de Pb GALVÁNICA
Es una unidad de proceso en donde se
llevan a cabo al menos dos reacciones
HETEROGENEAS que involucran >0
DG <
transferencia de carga para:
requiere
Se obtiene
• GENERAR ENERGIA ELECTRICA,H2SO4(acuoso) para
energía del
• OBTENER NUEVAS SUPERFICIES, el proceso
proceso
• PRODUCIR NUEVAS SUBSTANCIAS O
• REMEDIAR UN SISTEMA CONTAMINADO
 ¿Cómo empezar a diseñar un reactor
electroquímico?
 SABER que proceso(s) se quiere(n) llevar a cabo en el
reactor.

 Investigar los antecedentes de las reacciones principales,

tanto en el ánodo como en el cátodo (TERMODINÁMICA).

 Estudiar los fenómenos de transporte de masa y carga que

van a ocurrir a nivel de la superficie de reacción (CINÉTICA
ELECTROQUÍMICA).

 Estudiar la HIDRODINÁMICA y la influencia del flujo de

fluidos en el proceso electroquímico (ambas reacciones).

 Tener presente en todo momento el parámetro de

EFICIENCIA del reactor.
 e-

La Electroquímica es una disciplina

amigable con el medio ambiente