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FUERZA ELECTROMOTRIZ (F.E.M) DE TIPO QUÍMICA

¿QUÉ ES LA FUERZA ELECTROMOTRIZ DE TIPO QUÍMICA? • Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.

FUERZA ELECTROMOTRIZ Y LA QUÍMICA • En su gran mayoría todos conocemos lo que es una pila o una batería; este es el ejemplo mas claro de la generación de energía eléctrica por medios químicos. • En el mercado podemos encontrar lo que son las pilas de carbón-zinc y las de tipo alcalino que básicamente tienen un solo periodo de vida útil, es decir no iten recarga. • Existen también las de Níquel-Cio, las de níquel e hidruro metálico y las de ion de litio que son recargables. • En los automóviles se usan las baterías de plomo-acido

¿CÓMO SE GENERA LA FEM? • La FEM se genera atreves de una reacción química, siendo mas específicos se da la reacción de tipo redox (oxido-reducción) • En donde una sustancia gana electrones(reducción) y la otra pierde electrones(oxidación) • Por ejemplo:

• Aquí el hierro se reduce porque su valencia disminuye de (3+) a (2+) es decir gano un electrón • Mientras tanto que el vanadio se oxido porque su valencia aumento de (2+) a (3+) es decir perdió un electrón.

HISTORIA • En 1793, Alessandro Volta descubrió que la electricidad podría ser producida mediante la colocación de diferentes metales en los lados opuestos de un papel o un paño mojado. Hizo su primera batería colocando Ag y Zn en los lados opuestos de un paño humedecido con sal o solución de ácido débil. Por lo tanto, estas baterías recibió el nombre de Células Voltaicas. • Células Voltaicas (galvánicas) son células en donde ocurre una reacción espontánea, y siempre tienen una tensión positiva. La energía eléctrica liberada durante la reacción se puede utilizar para hacer un trabajo.

¿CÓMO FUNCIONA UNA PILA? • Una pila voltaica consiste en dos compartimentos llamados semicélulas. El medio de las células, donde se produce la oxidación se llama ánodo. La otra media celda donde se produce la reducción se llama cátodo. Los electrones en las células voltaicas fluyen desde el electrodo negativo al electrodo positivo, que fluye del ánodo al cátodo. • Los electrodos es donde ocurren las reacciones de oxidación / reducción • A fin de que la reacción de oxidación-reducción que se produzca, las dos sustancias en cada media celda respectiva están conectados mediante un puente de sal de modo que los electrones se puedan movilizar desde la oxidación hacia la reducción y también para que la reacción se pueda mantener.

ESQUEMA DE LA GENERACIÓN BÁSICA DE ELECTRONES

EXPLICACIÓN

• Anteriormente se mostraba que el Zn (s) se oxida continuamente, produciendo Zn 2 + en la solución.  • Zn (s) -> Zn 2 + (ac) + 2e - . • Por el contrario, en el cátodo, Cu 2 + se reduce y es continuamente depositado en la barra del metal • Cu (s) Cu 2 + (ac) + 2e - -> Cu (s). Como resultado, la solución que contiene Zn (s) se carga de manera positiva, mientras que la solución que contiene Cu (s) se carga de manera negativa. • Para que la pila voltaica trabaje, las soluciones en las dos semicélulas deben permanecer eléctricamente neutras. Por lo tanto, un puente de sal que contiene KNO3 se añade para mantener las soluciones neutras mediante la adición de NO 3 - , un anión en la solución de ánodo y K + , un catión en la solución del cátodo. • Como la oxidación y la reducción proceden, los iones del puente salino migran para neutralizar la carga en los compartimentos celulares.

REPRESENTACION • Comúnmente a las baterías o celdas electroquímicas se les representa encerrando a los diferentes compuestos entre barras:

• Zn (s) │Zn 2 + (aq) ║ Cu 2 + (aq) │ Cu (s) • El ánodo (donde se produce la oxidación) se coloca en el lado izquierdo de la ║ • El cátodo (donde se produce la reducción) se coloca en el lado derecho de la ║

ECUACION PARA CALCULAR EL VOLTAJE DE NUESTRA REACCION • ΔG= −n× F × FEM • Donde ΔG es la energía de Gibbs • N es el numero de electrones y es negativo porque la reacción es espontanea • F es 1Faradio • FEM: fuerza electro motriz • Para condiciones estándar de producción la ecuación se reduce a:

• FEM= +Eo-(-Eo) (POTENCIAL DE OXIDACION+POTENCIAL DE REDUCCION) • Esta ultima ecuación depende de las concentraciones de las disoluciones, los pares redox conjugados y la temperatura de la reacción.

EJEMPLO PARA EL COBRE Y ZINC • Oxidation: Zn(s) → Zn2+(aq) + e-           - Eo= +0.763V • Reduction: Cu2+(aq) + e- → Cu(s)            Eo= +0.340V