Pregrado
  1. Química general  1.1. Introducción a la Química  1.2. Estructura atómica  1.2.1. Partículas subatómicas  1.2.2. Modelo Atómico  1.2.3. Números cuánticos  1.2.4. Configuración Electrónica  1.2.5. Tendencias periódicas  1.2.6. Isotopes and their applications  1.3. Enlace químico  1.3.1. Enlace iónico  1.3.2. Enlaces covalentes  1.3.3. Enlace Metálico  1.3.4. Hibridación  1.3.5. Geometría molecular y teoría VSEPR  1.3.6. Polaridad del enlace y momento dipolar  1.4. Estequiometría  1.4.1. Concepto de mol  1.4.2. Fórmula empírica y molecular  1.4.3. Reactante limitante y reactante en exceso  1.4.4. Porcentaje de Rendimiento y Pureza  1.4.5. Cálculo de dilución  1.5. Estados de la materia  1.5.1. Leyes de los Gases  1.5.2. Materia y Fuerzas Intermoleculares  1.5.3. Estructuras Sólidas y Cristalinas  1.5.4. Diagrama de fases  1.5.5. Plasma y fluido supercrítico  1.6. Reacciones químicas  1.6.1. Tipos de Reacciones Químicas  1.6.2. Balanceo de ecuaciones químicas  1.6.3. Reacciones termoquímicas  1.6.4. Perfiles de energía de reacción  1.7. Soluciones y mezclas  1.7.1. Unidades de concentración  1.7.2. Propiedades del síndrome  1.7.3. Solubilidad y Reglas de Solubilidad  1.7.4. La ley de Henry y la ley de Raoult  1.7.5. Coeficiente de partición  1.8. Equilibrio químico  1.8.1. La ley de acción de masas  1.8.2. El principio de Le Chatelier  1.8.3. Cociente de reacción  1.8.4. Para usar esta calculadora en línea para la constante de equilibrio, ingrese la constante de equilibrio (Eq.) y presione el botón de calcular. Aquí es cómo se puede explicar el cálculo de la constante de equilibrio con los valores de entrada dados -> 0.05 = 0.05/0.  1.8.5. Equilibrio ácido-base  1.9. Ácidos y bases  1.9.1. Definiciones de Arrhenius, Brønsted–Lowry y Lewis  1.9.2. pH y pOH  1.9.3. Titulación ácido-base  1.9.4. Solución Buffer  1.9.5. Indicador ácido-base  1.9.6. Polyprotic Acids and Bases  1.10. Electroquímica  1.10.1. reacciones redox  1.10.2. Celdas Galvánicas y Electrolíticas  1.10.3. Ecuación de Nernst  1.10.4. Electrólisis  1.10.5. Leyes de Faraday de la electrólisis  1.11. Termodinámica  1.11.1. Leyes de la Termodinámica  1.11.2. Entalpía, entropía y energía libre de Gibbs  1.11.3. Espontaneidad de las reacciones  1.11.4. Ciclos termodinámicos (Ley de Hess, ciclo de Carnot)  1.12. Cinética  1.12.1. La ley de velocidad y el orden de reacción  1.12.2. Energía de Activación y Catalizador  1.12.3. Teoría de colisiones  1.12.4. Mecanismo de reacción  1.12.5. Teoría del estado de transición
  2. Química orgánica  2.1. Estructura y relaciones  2.1.1. Hibridación en Compuestos de Carbono  2.1.2. Resonancia y aromatización  2.1.3. Orbitales moleculares  2.1.4. Efectos inductivo y mesomérico  2.2. Hidrocarburos  2.2.1. Hidrocarburos  2.2.2. Alqueno  2.2.3. Alquinos  2.2.4. Compuestos aromáticos  2.2.5. Cicloalcanos y Conformación  2.3. Grupo Funcional  2.3.1. Alcoholes y fenoles  2.3.2. Éteres y epóxidos  2.3.3. Aldehídos y cetonas  2.3.4. Ácidos carboxílicos y derivados  2.3.5. Aminas  2.3.6. Ésteres y amidas  2.3.7. Tioles y sulfuros  2.4. Estereoscópico  2.4.1. Isomería en Estereoquímica  2.4.2. Quiralidad y actividad óptica  2.4.3. Análisis estructural  2.4.4. Diastereómeros y Enantiómeros  2.5.1. Reacciones de sustitución  2.5.2. Reacciones de eliminación  2.5.3. Reacciones de adición  2.5.4. Reacciones radicales  2.5.5. Reacciones de reordenamiento  2.5.6. Reacciones Pericíclicas  2.6. Espectroscopía y análisis estructural  2.6.1. Espectroscopía Infrarroja  2.6.2. Espectroscopía por resonancia magnética nuclear  2.6.3. Espectrometría de masas  2.6.4. Espectroscopia UV-visible  2.6.5. Cristalografía de rayos X  2.7. Química de polímeros  2.7.1. Polímeros de Adición y Condensación  2.7.2. Mecanismo de polimerización  2.7.3. Polímero biodegradable  2.7.4. Polímeros conductores e inteligentes
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Leyes de Faraday de la electrólisis


Las leyes de Faraday de la electrólisis son fundamentales en el campo de la electroquímica y proporcionan una base cuantitativa para el estudio y aplicación de la electrólisis. Estas leyes fueron desarrolladas por Michael Faraday, un científico destacado del siglo XIX. El trabajo de Faraday sentó las bases para la electroquímica moderna y las aplicaciones industriales que involucran electrólisis.

Introducción a la electrólisis

La electrólisis es un proceso químico que impulsa una reacción química no espontánea usando energía eléctrica. Este proceso se utiliza comúnmente en industrias para extraer y purificar metales, electrochapado y producción de compuestos químicos.

Durante la electrólisis, se pasa una corriente eléctrica a través del electrolito, causando su descomposición. El electrolito suele ser un compuesto iónico en forma fundida o disuelto en agua, lo que permite que los iones se muevan libremente. La electrólisis involucra dos tipos de electrodos: el ánodo (positivo) y el cátodo (negativo).

Ánodo (+) Cátodo (-) Electrolito

Primera ley de Faraday de la electrólisis

La primera ley de la electrólisis establece que la masa de una sustancia producida en los electrodos durante la electrólisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que pasa a través del electrolito. Matemáticamente, esto puede expresarse como:

m = Z * Q

Dónde:
m – masa de la sustancia (en gramos)
Z - equivalente electroquímico (en gramos por culombio)
Q - carga eléctrica total que pasa a través del material (en culombios)

El equivalente electroquímico (Z) es específico para cada sustancia y se calcula mediante la siguiente fórmula:

Z = M / (n * F)

Dónde:
M - masa molar de la sustancia (en gramos por mol)
n - número de moles de electrones intercambiados
F - constante de Faraday (aproximadamente 96485 culombios por mol)

Imagina una celda electrolítica que contiene una solución de sulfato de cobre con electrodos de cobre. Cuando se pasa electricidad a través de ella, se deposita metal de cobre en el cátodo.

Ejemplos y cálculos

Consideremos la deposición de cobre utilizando una corriente eléctrica de 2 amperios durante 1 hora:

    Corriente (I) = 2 A
    Tiempo (t) = 1 hora = 3600 segundos

    Q = I * T = 2A * 3600 s = 7200 C

    Masa molar del cobre (Cu) = 63.5 g/mol
    n (para el cobre) = 2

    Equivalente electroquímico, Z = M / (n * F)
                                = 63.5 g/mol / (2 * 96485 C/mol)
                                = 0.000329 g/c

    Masa depositada, m = Z * Q
                      = 0.000329 g/C * 7200 C
                      = 2.37 gramos

Por lo tanto, se depositarán 2.37 g de cobre en el cátodo.

Segunda ley de Faraday de la electrólisis

La segunda ley de la electrólisis establece que las masas de diferentes sustancias liberadas cuando se pasa la misma cantidad de electricidad a través de ellas son proporcionales a sus pesos equivalentes. El peso equivalente se calcula dividiendo la masa molar por la valencia (capacidad de combinar iones).

m1/m2 = E1/E2

Dónde:
m1, m2 son las masas de las sustancias producidas
E1, E2 son pesos equivalentes

Considera una configuración donde tanto los iones de cobre como de plata se depositan usando la misma carga eléctrica. Calculemos la masa de cada metal depositado.

Ejemplo de cobre y plata

Dado:

  • Masa molar del cobre (Cu) = 63.5 g/mol, valencia = 2
  • Masa molar de la plata (Ag) = 107.9 g/mol, valencia = 1

Calcule la masa (m1 para Cu, m2 para Ag) depositada por 965 moles de electrones.

    E1 (Cu) = 63.5 g/mol / 2 = 31.75 g/equiv
    E2 (Ag) = 107.9 g/mol / 1 = 107.9 g/equivalente

    Usando la segunda ley de Faraday:

    m1/m2 = e1/e2
    m1/m2 = 31.75 g/equivalente / 107.9 g/equivalente 
    m1/m2 ≈ 0.294

    Si se depositan 31.75 g de cobre, 
    entonces 31.75 / 0.294 = 107.9 gramos de plata pueden ser depositados 
    con la misma carga.

Esto muestra cómo diferentes sustancias producen diferentes masas dependiendo de su peso equivalente cuando se someten a la misma cantidad de carga eléctrica.

Aplicaciones de las leyes de Faraday

Las leyes de Faraday son importantes en el diseño y optimización de muchos procesos eléctricos e industriales, incluyendo:

  • Electrochapado: Usar la electrólisis para depositar una fina capa de metal en una superficie para protección contra la corrosión o con fines estéticos.
  • Electrorefinación: Purificar metales mediante la eliminación de impurezas a través de electrólisis controlada.
  • Electrometalurgia: La extracción de metales de minerales utilizando celdas electrolíticas, que es importante para las industrias metalúrgicas.

Conclusión

Las leyes de Faraday de la electrólisis proporcionan un marco matemático y conceptual para entender cómo la carga eléctrica interactúa con las sustancias químicas para provocar cambios. Estos principios son fundamentales no solo en contextos académicos, sino también en muchas aplicaciones prácticas en una variedad de industrias.

Al comprender la relación entre la carga eléctrica, la masa y las propiedades del material, los científicos e ingenieros pueden predecir los resultados de los procesos electrolíticos con alta precisión.


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