PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES ESCUELA DE CIENCIAS QUIMICAS

Transcripción

1 PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES ESCUELA DE CIENCIAS QUIMICAS 1.- DATOS INFORMATIVOS MATERIA: Electroquímica CARRERA: Química Analítica NIVEL: Sexto NO. CREDITOS: 3 CREDITOS TEORIA: 3 PROFESOR: Dra. Sandra Faieta de Castelnuovo SEMESTRE/ AÑO ACADEMICO: Segundo DESCRIPCIÓN DEL CURSO El curso se enfoca en las técnicas electroquímicas de análisis y es, por lo tanto, un complemento de la asignatura de Análisis Instrumental. Está dirigido a estudiantes de la carrera de Química Analítica que hayan cursado previamente Química Analítica I y Termodinámica. El contenido programático inicia con una presentación de los conceptos teóricos fundamentales de la electroquímica, que es la rama de la química que se ocupa de la relación entre la electricidad y las reacciones químicas; luego continúa con la descripción de las diversas técnicas electroanalíticas, las cuales están basadas en los diversos fenómenos que tienen lugar en las celdas electroquímicas. 3.- OBJETIVOS El estudiante al término del semestre estará en capacidad de: 1. Describir los distintos fenómenos electroquímicos, tanto espontáneos, como no-espontáneos. 2. Definir las características principales de un sistema electroquímico. 3. Aplicar las principales leyes termodinámicas y cinéticas que rigen la electroquímica. 4. Definir los fundamentos teóricos de las diversas técnicas electroanalíticas. 5. Describir la instrumentación utilizada en los distintos análisis electroquímicos. 6. Identificar las aplicaciones de cada uno de los métodos electroquímicos de análisis. 4.- CONTENIDO 1. Introducción: la estructura de la Electroquímica Las leyes de Faraday Interacción iónica en solución

2 Teoría ácido-base Termodinámica Fenómenos interfaciales Procesos de electrodos Los dominios de la electroquímica 2. Interacción iónica 2.1 La naturaleza de los electrolitos 2.2 Actividad iónica 2.3 Interacciones ión-ión e ión-solvente 2.4 El potencial eléctrico alrededor de un ión 2.5 Potenciales eléctricos y funciones termodinámicas La ecuación de Debye-Hückel 2.6 Aplicaciones de la ecuación de Debye-Hückel Determinación de las constantes de equilibrio termodinámico Efectos de la fuerza iónica en las velocidades de reacción iónica 3. Equilibrios iónicos y la teoría ácido-base 3.1 Teoría clásica 3.2 El concepto de ácidos y bases de Brønsted-Lowry 3.3 Fuerzas de ácidos y bases en soluciones acuosas 3.4 Hidrólisis 3.5 Los sistemas buffer 3.6 Teoría general ácido-base y solventes no-acuosos 4. Conducción electrolítica El significado de los datos de conductividad Mediciones de conductividad Conductividad molar Variación de la conductividad molar con la concentración Conductividad y velocidades iónicas Relación entre la conductividad molar y la concentración Electrolitos fuertes completamente disociados Electrolitos débiles parcialmente disociados Migración eléctrica y números de transporte Método de Hittorf Método de la frontera móvil Interpretación y aplicación de los números de transporte 5. Aplicaciones de los mediciones de conductividad (conductometría) Determinación de conductividades molares a dilución infinita Solubilidad de sales poco solubles Producto iónico de solventes auto-ionizantes Constantes de disociación de electrolitos débiles Titulaciones conductométricas 6. Potenciales reversibles (en equilibrio) Comparación entre reacciones químicas y reacciones electroquímicas Procesos de transferencia de masa y de intercambio electrónico Potenciales reversibles de electrodo Potenciales de electrodo y actividad. La ecuación de Nernst Procesos de electrodo rápido y lento La escala de hidrógeno El electrodo estándar de hidrógeno Signos del potencial de electrodo y la fuerza electromotriz de celda Otros electrodos de referencia Celdas de concentración electroquímicas

3 Celdas de concentración sin unión líquida Celdas con electrodos de amalgama Celdas con electrodos de gas Celdas de concentración sin transferencia Celdas de concentración con unión líquida 7. Aplicaciones de potenciales reversibles (potenciometría) Termodinámica de las reacciones de celda Determinación de los potenciales estándar y la actividad iónica media Determinación de números de transporte Determinación de constantes de equilibrio Constantes de disociación de ácidos débiles La constante de ionización del agua Productos de solubilidad Constantes de equilibrio de reacciones redox Determinación del ph Otros electrodos ión-sensitivos Tipos de potenciometría Potenciometría a corriente cero Potenciometría a corriente constante Potenciometría con dos electrodos indicadores DESARROLLO CURRICULAR DE CADA SESIÓN FECHA Mi 20/02/08 Ju 21/02/08 Mi 27/02/08 Ju 28/02/08 Mi 05/03/08 Ju 06/03/08 Mi 12/03/08 Ju 13/03/08 Mi 19/03/08 Mi 26/03/08 Ju 27/03/08 Mi 02/04/08 Ju 03/04/08 Mi 09/04/08 Ju 10/04/08 Mi 16/04/08 Ju 17/04/08 TEMA A TRATAR Introducción: la estructura de la Electroquímica. Las leyes de Faraday. Interacción iónica en solución. Teoría ácido-base. Termodinámica. Fenómenos interfaciales. Procesos de electrodos. Los dominios de la electroquímica. Interacción iónica. La naturaleza de los electrolitos. Actividad iónica. Interacciones ión-ión e ión-solvente. El potencial eléctrico alrededor de un ión. Potenciales eléctricos y funciones termodinámicas. La ecuación de Debye-Hückel. Aplicaciones de la ecuación de Debye-Hückel. Determinación de las constantes de equilibrio termodinámico. Efectos de la fuerza iónica en las velocidades de reacción iónica. Equilibrios iónicos y la teoría ácido-base. Teoría clásica. El concepto de ácidos y bases de Brønsted-Lowry. Fuerzas de ácidos y bases en soluciones acuosas. Hidrólisis. Los sistemas buffer. Teoría general ácido-base y solventes no-acuosos. Primer examen parcial. Revisión del examen. Conducción electrolítica. El significado de los datos de conductividad. Mediciones de conductividad. Conductividad molar. Variación de la conductividad molar con la concentración Conductividad y velocidades iónicas. Relación entre la conductividad molar y la concentración. Electrolitos fuertes completamente disociados. Electrolitos débiles parcialmente disociados. Migración eléctrica y números de transporte. Método de Hittorf. Método de la frontera móvil. Interpretación y aplicación de los números de transporte. Aplicaciones de las mediciones de conductividad (conductometría). Determinación de conductividades molares

4 Mi 23/04/08 Ju 24/04/08 Mi 30/04/08 Mi 07/05/08 Ju 08/05/08 Mi 14/05/08 Ju 15/05/08 Mi 21/05/08 Ju 22/05/08 Mi 28/05/08 Ju 29/05/08 Mi 04/06/08 Ju 05/06/08 Mi 11/06/08 Ju 12/06/08 a dilución infinita. Solubilidad de sales poco solubles. Producto iónico de solventes auto-ionizantes. Constantes de disociación de electrolitos débiles. Titulaciones conductométricas. Potenciales reversibles (en equilibrio). Comparación entre reacciones químicas y reacciones electroquímicas. Segundo examen parcial. Revisión del examen. Procesos de transferencia de masa y de intercambio electrónico. Potenciales reversibles de electrodo. Potenciales de electrodo y actividad. La ecuación de Nernst. Procesos de electrodo rápido y lento. La escala de hidrógeno. El electrodo estándar de hidrógeno. Signos del potencial de electrodo y la fuerza electromotriz de celda. Otros electrodos de referencia. Celdas de concentración electroquímicas. Celdas de concentración sin unión líquida. Celdas con electrodos de amalgama. Celdas con electrodos de gas. Celdas de concentración sin transferencia. Celdas de concentración con unión líquida. Aplicaciones de potenciales reversibles (potenciometría). Termodinámica de las reacciones de celda. Determinación de los potenciales estándar y la actividad iónica media. Determinación de números de transporte. Determinación de constantes de equilibrio. Constantes de disociación de ácidos débiles. La constante de ionización del agua. Productos de solubilidad. Constantes de equilibrio de reacciones redox. Determinación del ph. Otros electrodos ión-sensitivos. Tipos de potenciometría. Tercer examen parcial. Revisión del examen. 5.- METODOLOGÍA Los temas del curso se desarrollarán mediante exposiciones teóricas por parte de la profesora, complementadas por la participación de los alumnos. El aprendizaje se reforzará mediante la resolución dirigida de problemas y la lectura por parte de los estudiantes de textos cortos escogidos por la profesora. 6.- EVALUACIÓN Los estudiantes serán evaluados durante el semestre mediante tres exámenes parciales, cada uno sobre nueve puntos. Adicionalmente, se enviará a los estudiantes tres conjuntos de ejercicios y problemas a resolver en la casa, de manera individual, y que deberán ser entregados a la profesora en fechas a convenir, antes de cada examen parcial. Cada conjunto de ejercicios se evaluará sobre un punto, el cual se sumará a la nota de cada examen parcial, de tal manera que se entregará a Secretaría tres calificaciones parciales sobre diez puntos cada una. La suma de las calificaciones parciales sumarán 30 puntos y el examen final será sobre 20 puntos.

5 6.1 Cronograma de evaluaciones 1º Examen parcial Miércoles 26 de marzo del º Examen parcial Miércoles 7 de mayo del º Examen parcial Jueves 12 de junio del Sistema de calificación: 1º Examen parcial 9 puntos 1º Conjunto de problemas resueltos 1 puntos 2º Examen parcial 9 puntos 2º Conjunto de problemas resueltos 1 puntos 3º Examen parcial 9 puntos 3º Conjunto de problemas resueltos 1 puntos 6.3 Fecha de entrega de calificaciones en Secretaría: 1º Examen parcial Miércoles 2 de abril del º Conjunto de problemas resueltos Miércoles 2 de abril del º Examen parcial Miércoles 14 de mayo del º Conjunto de problemas resueltos Miércoles 14 de mayo del º Examen parcial Jueves 19 de junio del º Conjunto de problemas resueltos Jueves 19 de junio del BIBLIOGRAFÍA Textos de referencia: Bogotsky, V. (ed), (2005), Fundamentals of Electrochemistry, Chemical Society Series. Bard, A. y Faulkner, L.R., (2000), Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2 ed., Wiley, New York. Oldham, K.B. y Mayland, J.C., (1994), Fundamentals of the Electrochemical Science, Academic Press, New York. Atkins, P.W. y DePaula, J. (2002), Physical Chemistry, 7 ed., W.H.Freeman and Company, New York. Chang, R. (2000), Physical Chemistry for the Chemical and Biological Sciences, University Science Books, Sausalito. Textos recomendados: Bertrán Rusca, J. y Núñez Delgado, J. (coords.) (2002), Química Física, Ariel Ciencia, Barcelona. Vassos, B.H. y Ewing, G.W., (1987), Electroquímica analítica, Limusa, México. Skoog, D. et al., (2001), Principios de análisis instrumental, 5 ed., McGraw-Hill, Madrid. Rubinson, K. y Rubinson, J., (2000), Análisis instrumental, Prentice Hall, Madrid.

6 8.- DATOS DEL PROFESOR Horario de atención a estudiantes: Lunes 11h00-12h00 Miércoles 11h00 12h00 Correo electrónico: smfaieta@puce.edu.ec Teléfono: ext