DATOS DE LA ASIGNATURA

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1 DATOS DE LA ASIGNATURA Denominación: TECNOLOGÍA ELECTROQUÍMICA Código: Clase: OPTATIVA Curso: 3º Carácter: CUATRIMESTRAL Cuatrimestre: 2º Créditos LRU: 4,5 Teóricos: 3 Prácticos: 1,5 Créditos ECTS: 4,5 Horas totales asignatura: 113 Descriptores: (BOE) Departamento: QUÍMICA FÍSICA Fundamentos de electroquímica electródica. Fuentes de energía primarias y secundarias. Células de combustión. Corrosión y protección contra la corrosión. Procesos electroquímicos industriales. Área de conocimiento: QUÍMICA FÍSICA PROFESORADO Nombre Ubicación Horario tutorías Responsable(s): José Albaladejo Pérez Facultad de M, X, J Química 16,30 18,30 h Otros: PLANIFICACIÓN DOCENTE 1. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA - Proporcionar a los estudiantes una base de conocimientos en los aspectos esenciales de la Cinética Electroquímica y aplicarlos a la resolución de problemas prácticos. - Utilizar dichos conocimientos en tres de las aplicaciones tecnológicas más importantes de la Electroquímica: La generación y almacenamiento de energía mediante células primarias, secundarias y de combustible, la corrosión y los procesos electroquímicos industriales. Pág. 1/6

2 2. COMPETENCIAS Y DESTREZAS TEÓRICO PRÁCTICAS A ADQUIRIR POR EL ALUMNO Competencias Genéricas o Transversales Mejorar la capacidad de expresión, en términos químico físicos, tanto de forma oral como escrita. Desarrollar su capacidad de análisis y de síntesis, así como una actitud crítica frente a un problema concreto. Reconocer y analizar nuevos problemas y planear estrategias para resolverlos. Procesar información y datos químicos necesarios para la resolución de problemas. Conseguir que el alumno utilice correctamente diferentes sistemas de unidades (SI y CGS) en la resolución de problemas. Competencias Específicas Aplicar los principios básicos de cinética electródica a la resolución de problemas que relacionan la corriente y el sobrepotencial de un proceso electroquímico dado. Conocer como afecta el transporte en los procesos electródicos y distinguir entre las distintas técnicas electroquímicas que surgen al aplicar a un electrodo diferentes perturbaciones, utilizándolas en la resolución de problemas básicos que permiten obtener información termodinámica y cinética. Distinguir los diferentes tipos de células primarias, secundarias y de combustible que se han desarrollado para la generación de energía, así como sus ventajas y limitaciones. Diferenciar entre los distintos tipos de corrosión y métodos de protección frente a la corrosión. Construir y manejar diagramas de Pourbaix básicos. Aplicar los conceptos básicos de cinética electródica a la resolución de problemas de corrosión, calculando el potencial y corriente de corrosión, así como la corriente de protección catódica. Conocer los aspectos tecnológicos básicos de las principales industrias electroquímicas. Recomendaciones para los alumnos: Pág. 2/6

3 3. TEMARIO TEÓRICO PRÁCTICO TEMA 0 (Repaso). ELECTRODOS Y PILAS EN EQUILIBRIO Función de los electrodos. Ánodos y cátodos. Células galvánicas y electrolíticas. Potencial de electrodo: Ecuación de Nernst. Potencial formal. Electrodos reversibles: Tipos. Células galvánicas: Notación. Fuerza electromotriz de una célula (FEM). Convenio respecto al signo. Reacción de la célula. Dependencia de la FEM con la concentración: Ecuación de Nernst para la FEM de una célula. Medida de la FEM: potenciómetro. Potenciales de electrodo standard. Serie electroquímica. Electrodos de referencia secundarios. Células reversibles. Potencial de unión líquida o de difusión. Tipos de células galvánicas: Células químicas con y sin transporte. Células de concentración con y sin transporte. Obtención de datos termodinámicos a partir de la medida de la FEM de una célula. Potenciometría. TEMA 1. CINÉTICA BÁSICA DE LAS REACCIONES ELECTRÓDICAS Función de los electrodos. Ánodos y cátodos. Células galvánicas y electrolíticas. Descripción cualitativa de la interfase electrodo electrolito: Diferencia de potencial a través de una interfase. Modelos de la interfase. Electrodos idealmente polarizables e idealmente no polarizables. Medida de la diferencia de potencial en un sistema de interfases. Variables que afectan a la velocidad de un proceso electródico y etapas que pueden distinguirse. Influencia del campo eléctrico en la velocidad de reacción: Factor de simetría. Ecuación de Butler Volmer. Corriente neta cero: Ecuación de Nernst y densidad de corriente de intercambio. Ecuación de Butler Volmer expresada en función del sobrepotencial. Cinética de la transferencia de carga rápida: comportamiento reversible. Análisis de las curvas corriente sobrepotencial. Tipos de sobrepotencial. Medida del sobrepotencial. Aproximación exponencial de la ecuación de Butler Volmer: Representaciones de Tafel. Aproximación lineal de la ecuación de Butler Volmer: Resistencia de transferencia de carga. TEMA 2. INFLUENCIA DEL TRANSPORTE EN LA CINÉTICA DE LAS REACCIONES ELECTRÓDICAS. TÉCNICAS ELECTROQUÍMICAS Procesos regidos por difusión. Tipos de difusión. Procesos estacionarios: Capa de difusión y densidad de corriente límite de difusión. Procesos no estacionarios. Método potenciostático: Variación de la corriente límite de difusión con el tiempo antes de alcanzarse el estado estacionario: Ecuaciones de Cottrell e Ilkovic. Polarografía. Método galvanostático: Cronopotenciometría. Curvas potencial tiempo para un proceso de transferencia de carga simple. Tiempo de transición: Ecuación de Sand. Determinación de los parámetros cinéticos. Pág. 3/6

4 TEMA 3. FUENTES DE ENERGÍA ELECTROQUÍMICA: PILAS Y ACUMULADORES Introducción. Tipos de pilas. Conversión directa e indirecta de energía química en energía eléctrica: Rendimiento. Relación entre corriente y diferencia de potencial en una pila en funcionamiento. Características de una pila. Componentes de una pila. Pilas primarias: Pila de Leclanché, pila manganeso alcalina y pila de mercurio. Pilas de litio. Pilas secundarias o acumuladores: Acumulador de plomo, acumulador de níquel cadmio y acumulador de plata zinc. Pilas de litio recargables: Pilas ion litio. Otras pilas avanzadas y en desarrollo. Pilas de combustible. Características y tipos. TEMA 4. CORROSIÓN Introducción: Definición e importancia de la corrosión. Naturaleza electroquímica de la corrosión: Teoría de las pilas locales o heterogénea y teoría homogénea de Wagner y Traud. Reacciones de reducción en los procesos de corrosión. Termodinámica de la corrosión: Diagramas potencial ph o de Pourbaix. Cinética electródica básica de la corrosión: potencial de corrosión y corriente de corrosión. Diagramas de Evans. Etapa del proceso de corrosión que controla la corriente de corrosión. Análisis de la influencia de los distintos factores que determinan la corrosión. Tipos de corrosión. Corrosión bimetálica: Series galvánicas. Ataque selectivo: Corrosión de los límites de grano y desaleación o desmetalificación. Corrosión por aireación diferencial: Aparición de células de concentración. Protección contra la corrosión. Inhibición de la corrosión. Protección catódica utilizando un ánodo de sacrificio o una fuente de corriente externa. Protección anódica: Pasivación. Protección mediante recubrimientos barrera. TEMA 5. PROCESOS ELECTROQUÍMICOS INDUSTRIALES Electrolisis: Consideraciones básicas. Ingeniería electroquímica. Reactores electroquímicos. Disposición monopolar y bipolar de los electrodos. Electrodos bi y tridimensionales. La industria Cloro álcali. Tipos de células utilizadas. Preparación electrolítica de otros compuestos inorgánicos. Electrosíntesis orgánica: Proceso Monsanto. Extracción electrolítica de metales. Electrolisis de sales fundidas: Extracción industrial de aluminio. Procesos hidrometalúrgicos: Extracción de zinc y cobre. Electrorefinado de metales en disolución acuosa y en sales fundidas. Acabado de metales. Pág. 4/6

5 4. DISTRIBUCIÓN DE ACTIVIDADES H O R A S Tiempo presencial Factor aplicable Tiempo personal TOTAL Clases magistrales Actividades Tutoría obligatoria 4 1, Seminario / talleres Trabajo individual Evaluaciones continuas Exámenes periodos establecidos Tiempos totales 42 71,0 113,0 6. METODOLOGÍA DOCENTE La metodología docente de esta asignatura combina las clases de teoría, para exponer los aspectos fundamentales del temario, con las clases prácticas de resolución de ejercicios de seminarios, previamente planteados. Clases de tutorías donde se aclaran dudas y se verifica el aprendizaje de alumno. Además, algunos puntos específicos del programa serán desarrollados por los alumnos en trabajos breves individuales, para cuya elaboración el profesor aportará apuntes con los aspectos más importantes. Estos trabajos se expondrán en clase y se debatirán con el profesor y el resto de los alumnos. Todo el material utilizado en las clases teóricas y prácticas podrán descargarlo los alumnos en red campus, incluidos los apuntes con todos los contenidos desarrollados. 7. CRITERIOS DE EVALUACIÓN El alumno puede optar por dos tipos de evaluación diferente, una basada exclusivamente en los exámenes escritos y otra valorando su participación en todas las actividades desarrolladas, de la siguiente forma: 10% Asistencia, 20% Seminarios y participación, 20% Trabajo individual y 50% Tutorías y exámenes escritos. En las clases de tutorías se hará una evaluación continua del aprendizaje del alumno. Además, al final de la asignatura habrá un examen final escrito. El examen final constará aproximadamente de un ejercicio teórico práctico de cada uno de los temas del programa. Todos los ejercicios tendrán la misma puntuación. Los alumnos podrán superar la asignatura mediante evaluación continua sin requerir realizar el examen final. En el examen final podrán realizar sólo aquellas cuestiones de los temas que no han superado en la evaluación continua o que desean mejorar la calificación. Pág. 5/6

6 8. BIBLIOGRAFÍA 8.1. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA APUNTES DEL PROFESOR. J. Albaladejo INDUSTRIAL ELECTROCHEMISTRY. D. Pletcher y F.C. Walsh. Chapman & Hall, ELECTROQUÍMICA. UNED. A. Aldaz, Madrid, BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA UNDERSTANDING BATTERIES. R. M. Dell y D.A.J. Rand,. RSC, CORROSIÓN Y DEGRADACIÓN DE MATERIALES. E. Otero Huerta. Síntesis, PRINCIPLES AND PREVENTION OF CORROSION. D.A. Jones. Prentice Hall, ELECTROQUÍMICA MODERNA (Volumen 2). J. O M Bockris y A.K. Reddy. Reverté, 1ªEd.,1980 (2ª Ed. en inglés, 2000) Pág. 6/6