Presentación de PowerPoint

rgalindo@cio.mx
Dra. María del Rosario
Galindo González
UN POCO DE HISTORIA
1942
A. Hickling
Electrólisis
Carlisle y Nicholson
1799
La pila de
volta
Siglo XVIII
Luigi Galvani
Polarografía
1922 el químico Jaroslav
Heyrovský (Praga 1890-1967)
1959 Premio Nobel de
Química
4
ELECTROQUÍMICA
Ciencia que estudia la conversión de la
energía eléctrica a energía química al
hacer pasar electrones a través de una
interfase,
entre
un
conductor
electrónico (metal) y un conductor
iónico (solución)
5
ELECTROQUÍMICA
Electrólisis / consumo de energía
Energía
eléctrica
Pila o bateria/ generación de energía
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Energía
química
ÁREAS DE LA EQ
Electródica: Estudia los procesos
heterogéneos de transferencia de
carga en las interfases.
Electrodo
7
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
Conductor
Electrónico
Iónica: Estudia los procesos homogéneos
de transferencia de carga en disoluciones
electrolíticas, sales fundidas, líquidos
iónicos, etc.
+
-
+
+
-
-
+
+
Conductor
Iónico
-
+
Capa Difusa
+
-
REACCIÓN ELECTROQUÍMICA
e
Ocurre por la adición o eliminación de
electrones, produciendo un cambio
químico. Cuando se aplica una corriente
eléctrica a través de una interfase
Ox
Red
8
REACCIÓNES REDOX
9
Etapas que involucran un proceso electroquímico
O(vol. de la
solución)
Transferencia O
(sup.del
de masa
electrodo)
Reacción
Electrodo
O’
química
O’ads
Transferencia
de electrones
Interfase
Electrólito
n e-
R’ads
R(vol. de la
solución)
Transferencia
de masa
R(sup. del
electrodo)
Reacción
R’
química
Reacciones químicas, preceden o siguen a la transferencia electrónica
10 Procesos homogéneos: Protonaciones o dimerizaciones.
Procesos heterogéneos: descomposición catalítica sobre el Electrodo
Modos de transporte de iones
• Difusión
• MigraciónGradiente de potencial
Gradiente de concentración
eeeeeee-
eee-
Difusión de iones
•
Convección- ambos, gradiente
temperatura agitación o flujo.
11
Migración de iones
12
TERMINOLOGÍA
Agente
oxidante.
Es
la
sustancia
que
gana electrones. Este contiene a los átomos que se
reducen.
Agente
reductor.
Es
la
sustancia
que
pierde electrones. Este contiene a los átomos que
se oxidan.
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TERMINOLOGÍA
Catión. es un ion con carga eléctrica positiva, es
decir, que ha perdido electrones.
Anión. es un ion con carga eléctrica negativa, es
decir, que ha ganado electrones.
Catión
Anión
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CONVENCIONES
Cátodo
Reducción
consonante y consonante
Ánodo
Oxidación
vocal y vocal
CROA
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Conceptos de Electroquímica Orgánica
Oxidación
QI: Pérdida de Electrones (e)
QO: Ganancia de hidrógenos y/o pérdida de Oxígenos en la
molécula
Reducción
QI: Ganancia de Electrones (e)
QO: Pérdida de hidrógenos y/o ganancia de Oxígenos en la
molécula
QO: Mejor basarse en la electronegatividad de los enlaces
rotos o formados
16
Conceptos de Electroquímica Orgánica
2H2O – 4e ⇄ O2(g) + 4H+
4OH– – 4e ⇄ O2(g) + 2H2O
2H2O + 2e ⇄ H2(g) + 2OH–
H+ + 2e ⇄ H2(g)
2
Ventana de electroactividad: Intervalo de E donde se pueden realizar
reacciones electroquímicas
17
18
UN INVENTO PECULIAR
1939 - 1942
A. Hickling
En
19
¿Qué es un potenciostato/galvanostato?
“dispositivo electrónico” capaz de medir y controlar el potencial de una
celda, detectando cambios en su resistencia, y variando la intensidad de
corriente para mantener constante la diferencia de potencial
El sistema funciona manteniendo el potencial del electrodo de trabajo a un
nivel constante con respecto al potencial del electrodo de referencia
mediante el ajuste de la corriente en un electrodo auxiliar.
20
¿Por qué potenciostato/galvanostato?
Potenciostato
controla automáticamente el
potencial de la celda
Galvanostato
controla automáticamente el
flujo de corriente de la celda
Bi/multipotenciostato
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controla dos o más
electrodos de trabajo
COMPONENTES
Interfase
Cable conector
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ACCESORIOS EXTERNOS
Celda Dummy
Electrodos
Trabajo
Celda de tres electrodos (con y sin chaqueta)
Referencia
(Ag/AgCl 3M NaCl)
Ag/AgNO3
Contraelectrodo
Alambre de Pt
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COMPONENTES DE LA CELDA ELECTROQUÍMICA
ELECTRODOS
Electrodos de Referencia
Electrodos de Trabajo
Permite
controlar
el
potencial interfacial entre
el electrodo de trabajo y el
electrolito.
Donde ocurre la reacción
electroquímica de interés.
Electrodos Auxiliares
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Permite controlar el potencial de
celda y medir la corriente que
fluye a través de la misma.
COMPONENTES DE LA CELDA ELECTROQUÍMICA
* ELECTROLITO.- es cualquier sustancia que contiene iones libres,
los que se comportan como un medio conductor eléctrico.
* En
la mayoría de los experimentos de voltamperometría se
utiliza
un electrolito soporte para reducir al mínimo la
resistencia de la solución y disminuir el error en las mediciones.
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CARACTERÍSTICAS DE LOS WE
 Inertes a la solución analizar
 Buen conductor de la electricidad
 Pueden ser: Au, Pt, Ru, Ag, Cu°, PbO, Acero inoxidable, Zn°, Hg°, CV, CVR,
Polimeros (polipirrol, nafion), Electrodos modificados (enzimas, NPs, péptidos,
anticuerpos).
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CUIDADOS Y LIMPIEZA DE WE
 Revisar el buen estado de las conexiones
 Enjuagar inmediatamente después de usarlos (agua, acetona, alcohol)
 Pulir manualmente hasta obtener acabado de espejo
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CONTRA-ELECTRODOS
 Material inerte pero conductor
Pt, Ag, carbón reticulado, grafito, malla de acero, Fe
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CUIDADOS Y LIMPIEZA DE CE
 Revisar el buen estado de las conexiones
 Procurar que el área efectiva sea de las mismas
dimensiones que el electrodo de trabajo
 Enjuagar inmediatamente después de usarlos (agua,
acetona, alcohol)
 Pulir manualmente con lija suave en el caso de los
metales. Para las barras de grafito, renovar la superficie
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ELECTRODOS DE REFERENCIA
Es el electrodo de hidrógeno en condiciones
estándar
[ H+ ] = 1 M
Sobre un conductor
H2
sólido inerte (Platino)
a 1 atm
2 H+ (aq) + 2 e-
H2 (g)
Pt, hilo
Tubo de vidrio
que contiene
H2(g)
Se le asigna Eº = 0 V
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electrodo
Burbujas de
H2(g)
POTENCIALES DE RE
Electrodo
Reacción
Eº / V
ENH
2H+ + 2e-  H2
0.0
Ag/AgCl
Ag+ + 1e-  Agº
0.24 vs. ENH
SCE
Hg2+ + 2e-  Hgº
0.2415 vs. ENH
NOTA: Valores determinados en condiciones normales de presión y
temperatura (1Atm y 25ºC).
NaCl o KCl saturado
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Considerando que se disuelven
36 g en 100 mL
aproximadamente
CUIDADOS Y LIMPIEZA DE RE
 Revisar el buen estado de las conexiones
 Revisar que este completamente lleno de la solución y
que no haya burbujas
 Enjuagar inmediatamente después de usarlos (agua,
acetona, alcohol)
 Mantenerlos en refrigeración y en la misma solución del
interior.
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CÓDIGO DE COLORES PARA LOS ELECTRODOS
VERDE
Electrodo de trabajo
ROJO
Contra-electrodo
BLANCO
Electrodo de referencia.
GRIS
Electrodo secundario (va conectado al WE)
NEGRO
Conexión a tierra física
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1. Encender la computadora de manera normal
2. Encender el potenciostato/galvanostato
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Botón de encendido
SOFTWARE
3. Abrir software PowerSuite
Cuenta con 5 paquetes
 PowerSINE
 PowerCV
 PowerSTEP
 PowerCORR
 PowerPULSE
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PRUEBA DE CONEXIÓN VL
36
EJEMPLO DE ANÁLISIS VL
37
PROBLEMAS DE CONEXIÓN
38
ANÁLISIS VL
K4Fe(CN)6
20mM
Pt
Curva de caracterización
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¿Cuál es la relación EQ – OPV´s?
ElectroQuímica
40
Determinación del Band Gap
41
voltamperometría cíclica
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Estimación de las resistencias
Pequeña perturbación que resuelve las resistencias
y capacitancias en un estado de equilibrio en
particular
Rs = resistencia Ohmica entre el
bulk de a capa activa y los
electrodos
Rp = resistencia al transporte de
carga
CPE = elemento de fase
constante capacitor
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Electrochimica Acta 109 (2013) 221– 225
Electropulido de superficies
Se reduce la rugosidad de la superficie, para la obtención de
peliculas más homogéneas y mejorar el contacto entre las
capas
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Electrodeposito de materiales
Electrodeposito de metales
como Au o Ag
 Electropolimerización in situ
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