Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Electroquímica


La electroquímica es una rama de la química física que se ocupa del estudio de la relación entre la electricidad y las reacciones químicas. El campo cubre una amplia gama de fenómenos y aplicaciones, desde las funciones de una simple batería o celda hasta complejos procesos electroquímicos industriales. En esta explicación exhaustiva, profundizaremos en los conceptos básicos, términos y aplicaciones de la electroquímica, manteniendo el lenguaje lo más simple y claro posible.

Conceptos básicos

Para entender la electroquímica, es necesario comprender los conceptos fundamentales que rigen este campo. Los conceptos principales incluyen reacciones de oxidación-reducción (reacciones redox), electrodos, electrolitos y celdas.

1. Reacciones de oxidación-reducción

Las reacciones de oxidación-reducción (redox) son reacciones químicas que implican la transferencia de electrones entre dos especies. Aquí hay una ecuación simple que representa una reacción redox:

Oxidación: Fe → Fe 2+ + 2e - Reducción: Cu 2+ + 2e - → Cu Reacción General: Fe + Cu 2+ → Fe 2+ + Cu

En este ejemplo, el hierro (Fe) pierde electrones y se oxida, mientras los iones de cobre (Cu 2+) ganan electrones y se reducen.

2. Electrodo

Los electrodos son materiales conductores que permiten la entrada o salida de electrones del sistema. Los tipos de electrodos son:

- Ánodo: El electrodo donde ocurre la oxidación. - Cátodo: El electrodo donde ocurre la reducción. Una forma fácil de recordar esto es que "ánodo" y "oxidación" comienzan con una vocal, y "cátodo" y "reducción" comienzan con una consonante.

Ejemplo: En una celda galvánica, esta designación se sigue cuando la batería está en uso.

3. Electrolitos

Los electrolitos son sustancias que contienen iones libres que los hacen eléctricamente conductores. Suelen ser soluciones de ácidos, bases o sales. Por ejemplo, el cloruro de sodio (NaCl) disuelto en agua se disocia en iones Na + y Cl−, que pueden transportar una corriente eléctrica.

4. Celda electroquímica

Las celdas electroquímicas son dispositivos que son capaces de generar energía eléctrica a partir de una reacción química o facilitar una reacción química mediante la introducción de energía eléctrica. Hay dos tipos principales:

- Celdas galvánicas (celdas voltaicas): convierten la energía química en energía eléctrica de manera espontánea. Un ejemplo de esto es una batería simple. 
Ejemplo: Celda de Daniel Reacción del Ánodo: Zn → Zn 2+ + 2e - Reacción del Cátodo: Cu 2+ + 2e - → Cu Reacción Neta de la Celda: Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu
- Celdas electrolíticas: utilizan energía eléctrica para impulsar una reacción química no espontánea.

Leyes fundamentales de la electroquímica

Existen algunas reglas y principios importantes para entender los procesos electroquímicos.

1. Leyes de Faraday de la electrólisis

Michael Faraday proporcionó reglas cuantitativas sobre la cantidad de materia transferida durante la electrólisis.

  • Primera Ley: La masa de la sustancia convertida en el electrodo es directamente proporcional a la cantidad de electricidad (carga) que pasa a través del electrolito.
  • Segunda Ley: Las masas de diferentes sustancias liberadas por la misma cantidad de electricidad que pasa a través de un electrolito son proporcionales a sus pesos equivalentes.

2. Ecuación de Nernst

La ecuación de Nernst proporciona la dependencia del potencial de la celda a la temperatura, presión y concentración:

E = E 0 - (RT/nF) * ln(Q)

Donde:

- ( E ) es el potencial de la celda. - ( E_0 ) es el potencial estándar de la celda. - ( R ) es la constante de gas. - ( T ) es la temperatura en Kelvin. - ( n ) es el número de moles de electrones. - ( F ) es la constante de Faraday. - ( Q ) es el cociente de reacción. E Celda

Aplicaciones de la Electroquímica

La electroquímica juega un papel crucial en una variedad de industrias y avances científicos.

1. Batería

Las baterías son omnipresentes en la alimentación de dispositivos electrónicos y vehículos. Producen electricidad basada en reacciones electroquímicas. Los tipos comunes incluyen baterías de plomo-ácido, de ion de litio y alcalinas.

2. Galvanoplastia

La galvanoplastia implica el recubrimiento de una fina capa de un metal sobre otro. Este proceso se utiliza para prevenir la oxidación, mejorar la apariencia y reducir la fricción.

Nee

Por ejemplo, recubrir hierro con níquel le da al hierro buena resistencia a la oxidación.

3. Electrólisis

La electrólisis se utiliza en la extracción y purificación de metales y en la producción de compuestos químicos como el cloro y el hidrógeno. Un buen ejemplo es la electrólisis de cloruro de sodio acuoso para producir gas cloro y gas hidrógeno.

4. Celdas de combustible

Las celdas de combustible son dispositivos que convierten la energía química directamente en energía eléctrica, lo que permite alta eficiencia y bajo impacto ambiental. Un ejemplo destacado son las celdas de combustible de hidrógeno:

Reacción del Ánodo: 2H 2 → 4H + + 4e - Reacción del Cátodo: O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O Reacción General: 2H 2 + O 2 → 2H 2 O

Conclusión

La electroquímica es un campo versátil que combina química y electricidad, con importantes implicaciones en energía, ciencia de materiales y tecnología ambiental. Los principios que subyacen a esta disciplina son cruciales para avanzar en tecnologías sostenibles para el futuro. Comprender los conceptos básicos y complejos de la electroquímica puede impulsar innovaciones y mejorar tecnologías existentes, convirtiéndola en un pilar de la química moderna.


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