Conceptos esenciales de electroquímica: leyes de Faraday, unidades y ecuaciones clave

Electroquímica

Electroquímica: rama de la química que se encarga del estudio de las reacciones que implican la conversión entre energía química y energía eléctrica, ya sea por consumo o por liberación de energía eléctrica.

Definiciones básicas

• Corriente eléctrica: es el flujo de cargas eléctricas por unidad de tiempo que recorre un material.
• Campo eléctrico: es una región del espacio cuyas propiedades son afectadas por la presencia de una carga eléctrica, de modo que ejerce fuerzas sobre otras cargas.
• Pila galvánica: dispositivo que utiliza reacciones redox para convertir energía química en energía eléctrica.
• Oxidación: fenómeno químico que consiste en la pérdida de electrones y, en consecuencia, el aumento del estado de oxidación de un elemento.
• Reducción: fenómeno químico que consiste en la ganancia de electrones y, en consecuencia, la disminución del estado de oxidación de un elemento.
• Amperio: unidad de intensidad de la corriente eléctrica (A), y una de las unidades básicas del Sistema Internacional relacionadas con la corriente.
• Coulombio: cantidad de carga eléctrica transportada por una corriente de un amperio durante un segundo (1 C = 1 A·s).
• Faradio (F): unidad de carga eléctrica que corresponde aproximadamente a la carga de un mol de electrones; 1 F ≈ 96500 C. (También denominado constante de Faraday.)
• Peso equivalente electroquímico: masa del elemento que se libera, disuelve o combina por cada equivalente químico en una reacción electroquímica; en términos prácticos se relaciona con la cantidad de carga (por ejemplo, por cada Faraday ≈ 96500 C).
• Agente oxidante: sustancia que se reduce y, en consecuencia, oxida a otra sustancia.
• Agente reductor: sustancia que reduce a otra y, en consecuencia, se oxida.

Leyes de Faraday

LEYES DE FARADAY

1. La masa de una sustancia producida o consumida en un electrodo es proporcional a la cantidad de carga que pasa a través de la celda:
   m = Z · Q
2. Cuando una misma cantidad de electricidad pasa a través de varios electrolitos colocados en serie, las masas de las sustancias liberadas son proporcionales a sus equivalentes químicos (Peq).

Donde: Z: equivalente electroquímico. Q: cantidad de carga (Coulombio).

Fórmulas electroquímicas y relaciones

• Coulomb = ampere · segundo → 1 C = 1 A·s
• Z = Peq / 96500 C
• Q = i · t    (i = intensidad en amperios, t = tiempo en segundos)
• Ecuación de Nernst:
  E = E° - 0,059/n · log([C]^c · [D]^d / [A]^a · [B]^b) (constante válida a 25 °C en base 10)
• 1 J = V · C

Notas

* Al aplicar la ecuación de Nernst, cuando participa un elemento gaseoso y se conoce su presión parcial (Pp), debe emplearse la presión parcial (expresada en unidades adecuadas, por ejemplo atm) como la magnitud termodinámica equivalente a la 'concentración' o convertirla a actividad según corresponda.

Conceptos clave

• Redox: conjunto de reacciones que incluyen transferencia de electrones.
• Faraday: relaciona carga eléctrica con cantidad de materia transferida.
• Nernst: permite calcular potenciales de electrodo en condiciones no estándar.