E L E C T R O Q U Í M I C A 1627 DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA METALÚRGICA. 6o. NÚMERO DE HORAS/SEMANA Teoría 3 Discusión 2 CRÉDITOS 8

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Estefania Zúñiga Naranjo
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1 E L E C T R O Q U Í M I C A 1627 DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA METALÚRGICA UBICACIÓN SEMESTRE 6o. TIPO DE ASIGNATURA TEÓRICO-PRÁCTICA NÚMERO DE HORAS/SEMANA Teoría 3 Discusión 2 CRÉDITOS 8 INTRODUCCIÓN. Este curso tiene como finalidad que el alumno comprenda los principios termodinámicos y cinéticos sobre lo que se basa cualquier proceso electroquímico. En este curso, el alumno deberá integrar los conocimientos de Química de Soluciones iónicas y Electromagnetismo vistos con anterioridad, para poder aplicarlos en esta materia. Al terminar el curso de electroquímica, el alumno estará en condiciones de cursar las materias de corrosión y protección y de Procesado Electrometalúrgico porque poseerá los conocimientos electroquímicos básicos necesarios para comprender estas materias. El curso se estructura con horas de teoría y prácticas de Laboratorio porque es necesario que el alumno posea los conocimientos teóricos para entender y resolver problemas utilizando los Diagramas y Ecuaciones clásicas de Electroquímica y además pueda ser capaz de integrar todo lo aprendido en las clases de Teoría con la práctica real en el manejo de Instrumentos y Mediciones Electroquímicas. Objetivos Generales de Aprendizaje. Al finalizar el curso, los alumnos: Describirán la estructura de la interfase metal y solución. Explicarán los factores cinéticos básicos que controlan la rapidez de transferencia de carga a través de la interfase. Describirán las diferencias entre sistemas productores de Energía y Sistemas productos de sustancia.

2 Analizarán cualquier proceso electrometalúrgico basado en conceptos teóricos electroquímicos. UNIDAD 1.- MODELOS ESTRUCTURALES PARA LAS INTERFASES ELECTRIFICADAS. 9 h. Comprenderán que cualquier proceso electroquímico (electrobeneficio de minerales, disposición de metales, procesos electroquímicos de recubrimientos, proceso de corrosión, etc., y es un proceso en fases heterogéneas y es precisamente en la interfase electrodoelectrolito donde se lleva a cabo dicho proceso. Estudiarán los distintos modelos estructurales propuestos para estas interfases electrificadas. La diferencia de potencial en la interfase. Significado del potencial eléctrico absoluto en la interfase electrodo-electrolito. Interfases idealmente polarizables. Escala relativa de diferencia de potenciales. Curvas electrocapilares. Densidad de carga en el electrodo. Potencial de carga-cero. Modelos de la interfase electrificada: Helmoitz-perrin, Gouy- Chapman y Stern. Absorción por contacto, adsorción específica y adsorción superequivalente. UNIDAD 2.- LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN DE TRANSFERENCIA ELECTRÓNICA BAJO LA INFLUENCIA DE UN CAMPO ELÉCTRICO. 9 h. Entenderán el efecto de un campo eléctrico en el abatimiento de la Energía de Activación de una reacción química. Comprenderán la forma en que se relacionan la velocidad de una reacción y el potencial del campo eléctrico. El instante de inmersión de un metal en una solución de electrolito. Ley de Nerts, la velocidad de transferencia electrónica bajo influencia de un campo eléctrico. Los 2 tipos que un electrón atraviesa la interfase.

3 UNIDAD 3.- E L E Q U I L I B R I O T E R M O Q U Í M I C O. 3 h. Comprenderán que para cada valor del campo eléctrico, se alcanza un estado de equilibrio dinámico durante el electrodo y la solución, que da como resultado el poder conocer ciertos parámetros electroquímicos que reflejan las propiedades cinéticas de cada sistema en partículas. La interfase en equilibrio. La densidad de corriente en el equilibrio. La dependencia de i del metal usado. UNIDAD 4.- DESVIACIONES DEL EQUILIBRIO ELECTROQUÍMICO, EL SOBREPOTENCIAL. 6 h. Entenderán que un sistema electroquímico se puede forzar a salir de su estado de equilibrio y con ello favorecer a que predomine la reacción de oxidación o de reducción, según el proceso electroquímico que nos interese provocar. El sobrepotencial eléctrico. Tipos de sobrepotenciales. La Ecuación de Butler-Volner. Casos generales y espaciales de la ecuación de Butler-Volner. UNIDAD 5.- CONTROL DE LAS REACCIONES DE ELECTRODO POR TRANSFERENCIA DE CARGAS (CONTROL DE ACTIVACIÓN). A) APROXIMACIÓN DE BAJO CAMPO. B) APROXIMACIÓN DE ALTO CAMPO. 6 h. Conocerán cuando una reacción electroquímica está controlada por la velocidad de intercambio electrónico en la interfase metal-electrolito y pueda manejar las técnicas electroquímicas de resistencia de polarización y pendientes de Tafel con las cuáles podrá determinar los parámetros cinéticos de una reacción de transferencia de carga. Construirán diagramas de Evans con la información obtenida de las pendientes de Tafel.

4 Ecuaciones de Butler. Aproximación de Ecuaciones Bajo campo (Rp) y de alto campo Tafel. Determinación de las ctes. A y B de Tafel y su significado. Construcción de Diagramas de Evans en base a información de ctes. de Tafel. UNIDAD 6.- REACCIONES DE ELECTRODO CONTROLADAS POR TRANSPORTE DE ESPECIES. A) EL SOBREPOTENCIAL DE CONCENTRACIÓN B) DE RELACIÓN DE CORRIENTES-POTENCIAL BAJO CONDICIONES CONTROLADAS POR TRANSPORTE. 3 h. Visualizarán los cambios en la diferencia de potencial de una interfase producidos por un cambio en la concentración de especies presentes en ella. Comprenderán el concepto de corriente límite, cuando un proceso se ve controlado por transporte de materia. La ecuación de Nerst. Origen del potencial de concentración. La capa de difusión. La densidad de corriente límite. El sobrepotencial por Difusión. UNIDAD 7.- DESVIACIONES DE LA CONDUCTA DE TAFEL A) POLARIZACIÓN POR CONCENTRACIÓN B) PASIVACIÓN Y PASIVIDAD 3 h. Comprenderán que el comportamiento Tefeliano solo existe cuando el proceso es controlado por transferencia de carga y éste comportamiento tiene limitaciones cuando el proceso es controlado porel transporte de materias (polarización por concentración) o por la formación de capas previas que tienen gran resistencia al paso de corrientes. Polarización por concentración. Polarización Ohmico. Determinación de mecanismos. Determinación del paso más lento en una reacción electroquímica.

5 UNIDAD 8.- INTERPRETACIÓN DE CURVAS DE POLARIZACIÓN 3 h. Utilizarán toda la información anterior en forma gráfica por medio de las curvas de polarización. Será capaz de interpretar lo que sucede en un sistema electroquímico y como mejorarlo. El potenciostato y las diferentes informaciones que dan las curvas de polarización. UNIDAD 9.- PARAMETROS DE CONTROL Y DISEÑO EN CELDAS ELECTROQUÍMICAS INDUSTRIALES. 6 h. Utilizarán la información que proporcionan las curvas de polarización para encontrar los parámetros óptimos de diseño de una celda electroquímica industrial, como E aplicar, E consumida, condición de agitación, etc. Conversión electroquímica de la energía de una reacción química a energía eléctrica. Eficiencia de un proceso de concentración electroquímica. Potencial de celda, parámetro que determina la eficacia. Tips de estructura de celdas primarias, secundarias y de combustión. Reacción de transferencia de carga a través de la interfase. Difusión superficial de los aniones. Establecimiento de gradientes de concentración superficiales. Etapas limitantes en el proceso de depositación. Electrocristalización y formación de facetas cristalográficas.

6 BIBLIOGRAFÍA. PICKETT, D.J. Electrotechnical Reacor Design, 2nd, Ed. Elsevier, BOCKRIS, J.O. Conway, B. Yeager, E. & White R. Comprehensive Treatise of Electrochemistery, New York BOCKRIS,J.O.M. Ready Modern Electrochemistery, Pelnum Press, New York 1978.VOL. I, Plenum Roseta (1976). METOLOGÍA DE LA ENSEÑANZA. Exposición oral. Investigación documental y resolución de problemas durante la clase. Apoyados en material audiovisual adecuado. EVALUACIÓN. Se realizará en base a las actividades del alumno durante el curso. REQUISITOS PARA LLEVAR EL CURSO. Química de Soluciones iónicas.

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Horas semanales: 4 curso 4 trabajo individual. Fecha de actualización: Sept/2011 Electroquímica Código del curso: XXXXX Tipo de curso: Curso Curso: Optativo Ciclo: Segundo semestre Duración total del curso: 128 hrs Horas semanales: 64 horas de teoría 64 horas trabajo individual Créditos: