Principios Esenciales de Electroquímica y Cinética Química

Celdas Electroquímicas

Dispositivo que genera electricidad mediante una reacción de óxido-reducción (redox).

Electrodo

Componente donde se producen las reacciones de oxidación o reducción, permitiendo el flujo de cargas eléctricas.

Ánodo

Electrodo donde ocurre la oxidación (pérdida de electrones).

Cátodo

Electrodo donde ocurre la reducción (ganancia de electrones).

Puente Salino

Dispositivo que contiene una solución de electrolito (comúnmente KCl) y que proporciona un medio conductor eléctrico, manteniendo la neutralidad de carga entre las dos semiceldas.

Factores que Influyen en el Voltaje de una Celda Electroquímica

• La naturaleza de los electrodos y los iones presentes.
• Las concentraciones de los iones.
• La temperatura del sistema.

Electrólisis y Celdas Electrolíticas

Electrólisis

Proceso en el que se emplea energía eléctrica para provocar un cambio químico no espontáneo.

Celda Electrolítica

Tipo de celda electroquímica que utiliza energía eléctrica externa para forzar una reacción química no espontánea.

Polaridad en Celdas Electrolíticas

• Electrodo negativo (Cátodo): Atrae cargas positivas (cationes).
• Electrodo positivo (Ánodo): Atrae cargas negativas (aniones).

En una celda electrolítica, el cátodo se conecta al polo negativo de la fuente de energía, y el ánodo al polo positivo.

Celdas Voltaicas o Galvánicas

Tipo de celda electroquímica que produce corriente eléctrica a partir de una reacción química espontánea.

Estas celdas transforman la energía química de una reacción redox espontánea en energía eléctrica.

Potencial Normal de Oxidación

Medida de la tendencia de una especie química a ceder electrones (oxidarse) en condiciones estándar (concentración 1 M, 1 atm de presión, 25 °C).

Corrosión

Deterioro de metales y aleaciones debido a un proceso electroquímico o químico.

Para que un metal se oxide (corroa) electroquímicamente, generalmente debe estar en contacto con oxígeno (O₂) y agua (H₂O).

Tipos de Corrosión

Corrosión Química

Destrucción de un metal u otro material por la acción directa de gases o líquidos no electrolíticos, sin la formación de celdas electroquímicas.

Corrosión Electroquímica

Proceso que ocurre por la acción de electrolitos sobre un metal, involucrando una reacción redox y la formación de celdas electroquímicas.

Cinética Química: Velocidad de Reacción

Velocidad de Reacción

Cantidad de sustancia reaccionante que se transforma o desaparece por unidad de tiempo. Las reacciones pueden ser rápidas, lentas o intermedias.

Teoría de las Colisiones

Modelo que explica el comportamiento de los sistemas reaccionantes, postulando que las reacciones químicas ocurren como resultado de colisiones efectivas entre las partículas de los reactivos.

Postulados Clave de la Teoría de las Colisiones:

• Las partículas de los reactivos deben chocar entre sí para que ocurra una reacción.
• Un aumento en la temperatura incrementa la frecuencia de los choques.
• No todos los choques resultan en un cambio químico; solo los "choques efectivos" lo hacen.
• Las moléculas que colisionan deben tener una orientación espacial adecuada para que la reacción ocurra.

Energía de Activación (Ea)

Es la energía mínima necesaria para que una colisión entre partículas de reactivos sea efectiva y se traduzca en un cambio químico.

• Reacción rápida: Posee una energía de activación (Ea) baja, lo que significa que reacciona fácilmente.
• Reacción lenta: Posee una energía de activación (Ea) elevada, requiriendo más energía para que la reacción ocurra.

Factores que Influyen en la Velocidad de las Reacciones

• Concentración: A mayor número de moléculas reaccionantes en un volumen dado, mayor es la frecuencia de colisiones y, por ende, mayor la velocidad de reacción.
• Temperatura: Un aumento en la temperatura generalmente incrementa la velocidad de reacción, ya que las partículas tienen mayor energía cinética y colisionan con más frecuencia y energía.
• Superficie de contacto: Para reacciones que involucran fases diferentes, la velocidad de reacción es directamente proporcional a la superficie de contacto entre los reactivos.
• Catalizadores: Sustancias que alteran (aceleran o retardan) la velocidad de una reacción química sin consumirse en el proceso. En sistemas biológicos, los catalizadores son las enzimas.

Catálisis

Proceso en el cual un catalizador participa en una reacción química, sin sufrir cambios permanentes en su estructura o composición al final de la misma.

Ley de Acción de Masas

Formulada en 1867 por Cato Guldberg y Peter Waage.

Establece que la velocidad de una reacción química es directamente proporcional al producto de las concentraciones molares de los reactivos, cada una elevada a un exponente igual a su coeficiente estequiométrico en la ecuación balanceada de la reacción.