Termodinámica y electrólisis: principios clave y aplicaciones
Resumen
El documento resume los criterios termodinámicos que determinan la espontaneidad de los procesos (signos de Q, ΔH, ΔS y ΔG), las condiciones de equilibrio químico con el cociente de reacción y la constante K, y el efecto de las variaciones de presión y concentración. Incluye también una explicación de la electrólisis como transformación de energía eléctrica en química, describiendo la cuba electrolítica, los electrodos y el sentido de la corriente.
Puntos clave
- Un proceso es espontáneo cuando ΔG 0 y está en equilibrio si ΔG = 0.
- Si ΔH > 0 la reacción es endotérmica y si ΔH < 0 es exotérmica.
- Si Q Keq avanza hacia la izquierda.
- Con K > 1 predominan los productos y con K < 1 predominan los reactivos.
- La electrólisis transforma energía eléctrica en energía química y es el proceso inverso al de una celda galvánica.
- En una cuba electrolítica el ánodo se conecta al polo positivo y el cátodo al negativo; en el ánodo ocurre oxidación y en el cátodo reducción.
Qv > 0: Proceso endotérmico (reactivos → productos) / Qv < 0: Proceso exotérmico (reactivos → productos)
Qp > 0: Proceso endotérmico, Hp > Hr → ΔH > 0 / Qp < 0: Proceso exotérmico, Hp < Hr → ΔH < 0
ΔH > 0: Reacción endotérmica (reactivos → productos) / ΔH < 0: Reacción exotérmica (productos → reactivos)
Proceso espontáneo: ΔS > Q/T / Proceso reversible: ΔS = Q/T
ΔS > 0: Proceso espontáneo / ΔS < 0: Proceso imposible / ΔS = 0: Proceso no espontáneo
Proceso EXOTÉRMICO: sistema cede calor, ΔS. / Proceso ENDOTÉRMICO: sistema absorbe calor, ΔS.
ΔG < 0: Proceso ESPONTÁNEO e irreversible / ΔG > 0: Proceso NO ESPONTÁNEO / ΔG = 0: Proceso de EQUILIBRIO
E'a > Ea: Reacción EXOTÉRMICA / E'a < Ea: Reacción ENDOTÉRMICA
K < 1: Más abundantes los reactivos / K > 1: Más abundantes los productos / K = 1: Proporciones significativas de ambos
Q < Keq: Predomina la reacción hacia la derecha hasta alcanzar el equilibrio / Q > Keq: Predomina la reacción hacia la izquierda / Q = Keq: Sistema en equilibrio
↓ reactivos, ↓ productos, ↓ Q → Q < Keq: Consumo de reactivos o generación de productos disminuye Q hasta Q = Keq (reacción →)
↑ reactivos, ↑ productos, ↑ Q → Q > Keq: Consumo de productos o generación de reactivos aumenta Q hasta Q = Keq (reacción ←)
↑ P, ↓ V: El equilibrio se desplaza hacia donde el número de moles sea menor (→)
↓ P, ↑ V: El equilibrio se desplaza hacia donde el número de moles sea mayor (←)
[productos] < Kps: No se produce precipitado, por lo tanto, no existirá equilibrio.
[productos] > Kps: Se producirá precipitado del compuesto (x) hasta que se igualen ambos términos.
Ecel > 0: La reacción tiene lugar de forma espontánea en sentido directo para las condiciones indicadas.
Ecel < 0: La reacción tiene lugar de forma espontánea en sentido inverso a las condiciones indicadas.
Ecel = 0: La reacción está en equilibrio para las condiciones indicadas.
Electrólisis
La electrólisis es la transformación de la energía eléctrica en energía química, es por tanto el proceso inverso al que tiene lugar en una celda galvánica.
En la electrólisis, una diferencia de potencial eléctrico generado por una fuente externa consigue producir una reacción de óxido-reducción no espontánea.
La electrólisis tiene lugar en unos dispositivos llamados cubas electrolíticas. Una cuba electrolítica es un recipiente que contiene un electrólito en el que se sumergen dos electrodos: el cátodo y el ánodo. Los electrodos se conectan a una fuente de corriente continua (batería), el ánodo al polo positivo y el cátodo al polo negativo.
Cuando se conecta la batería, en los electrodos tienen lugar semirreacciones redox análogas a las de una celda galvánica: en el ánodo se produce una oxidación y en el cátodo se produce una reducción.
Cuando la cuba electrolítica está funcionando, la corriente circula desde el polo positivo de la batería hasta el ánodo y desde éste hasta el cátodo a través del electrólito, y desde el cátodo hasta el polo negativo de la batería.
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PDF Word HTMLPreguntas frecuentes
¿Cuándo es espontáneo un proceso según la termodinámica?
Un proceso es espontáneo cuando ΔG 0 y se encuentra en equilibrio cuando ΔG = 0. Según el documento, ΔG < 0 indica un proceso espontáneo e irreversible.
¿Qué es la electrólisis?
La electrólisis es la transformación de energía eléctrica en energía química. Es el proceso inverso al que tiene lugar en una celda galvánica y produce una reacción redox no espontánea mediante una diferencia de potencial externa.
¿Qué ocurre en los electrodos de una cuba electrolítica?
En el ánodo, conectado al polo positivo de la batería, se produce una oxidación. En el cátodo, conectado al polo negativo, se produce una reducción.
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