Cálculos estequiométricos con reacciones químicas

Para realizar los cálculos estequiométricos es necesario disponer de la ecuación química ajustada de la reacción. Entonces podemos conocer la cantidad de moléculas de un producto que se puede obtener a partir de una cierta cantidad de moléculas de los reactivos.

Si sabemos la masa de cada molécula sabemos también la relación entre las masas de reactivos y productos en la reacción. Estas masas si que las conocemos. Se llaman masas moleculares, y se calculan sumando las masas de los átomos que componen las moléculas, las masas atómicas. Estas las encontrarás en cualquier tabla periódica expresada en u (unidades de masa atómica). Pero como puedes imaginar son masas muy pequeñas, del orden de los 10-24 g. Por eso los químicos han definido una nueva unidad para medir el número de partículas (átomos o moléculas), a la que han llamado mol 

Reacción óxido reducción en electroquímica 

Las reacciones de reducción-oxidación son las reacciones de transferencia de electrones. Esta transferencia se produce entre un conjunto de elementos químicos, uno oxidante y uno reductor (una forma reducida y una forma oxidada respectivamente). En dichas reacciones la energía liberada de una reacción espontánea se convierte en electricidad o bien se puede aprovechar para inducir una reacción química no espontánea.

Prácticamente todos los procesos que proporcionan energía para calentar cosas, dar potencia a los vehículos y permiten que las personas trabajen y jueguen dependen de reacciones de óxido-reducción. Cada vez que se enciende un automóvil o una calculadora, se mira un reloj digital o se escucha radio en la playa, se depende de una reacción de óxido-reducción que da potencia a las baterías que usan estos dispositivos.

Fuerza electromotriz (fem) en una celda electroquímica 

Una celda electroquímica es un dispositivo capaz de obtener energía eléctrica a partir de reacciones químicas, o bien, de producir reacciones químicas a través de la introducción de energía eléctrica. Un ejemplo común de celda electroquímica es la "pila" estándar de 1,5 voltios. En realidad, una "pila" es una celda galvánica simple, mientras una batería consta de varias celdas conectadas en serie.

Las celdas o células galvánicas se clasifican en dos grandes categorías:

Las células primarias transforman la energía química en energía eléctrica, de manera irreversible (dentro de los límites de la práctica). Cuando se agota la cantidad inicial de reactivos presentes en la pila, la energía no puede ser fácilmente restaurada o devuelta a la celda electroquímica por medios eléctricos.

Las células secundarias pueden ser recargadas, es decir, que pueden revertir sus reacciones químicas mediante el suministro de energía eléctrica a la celda, hasta el restablecimiento de su composición original

Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado. 

Calculo de la fem y potenciales de óxido reducción 

La termoquímica dice que una reacción será espontánea cuando la variación de energía libre que la acompaña sea negativa, es decir cuando haya una disminución de la función de estado G

Si G < 0

Por otra parte, la energía eléctrica producida por un generador de fem E cuando hace circular una carga eléctrica Q por todo el circuito nos la da la ecuación del trabajo eléctrico:

W = QE

La carga Q es la transportada por los electrones que van de un electrodo a otro, y su valor es donde es el número de moles de electrones y F es la constante de Faraday, que equivale a la carga, en culombios, transportada por cada mol de electrones, es decir, (carga del electrón) x (Número de Avogadro) = 96500 culombios).

Como G representa el máximo de energía de la reacción puede liberar, nos queda:

G= – nFE donde para que G sea negativo, E debe ser positivo.

De esta manera se llega a la condición decisiva para predecir si una reacción redox será espontánea o no:

Una reacción será espontánea si la pila formada por sus dos semireacciones tiene una fem positiva.

“A medida que la Fem es más positiva mayor espontaneidad del proceso”

Se mide con un circuito potenciométrico Evita la polarización de cargas, la cual ocasionaría un potencial adicional, que se desea evitar.

 Electro depósito (cálculo de electro depósito) 

La galvanoplastia es un proceso mediante el cual se recubre un objeto con un metal, gracias al paso de una corriente eléctrica por una celda electroquímica. Es un depósito de una capa metálica sobre un material no metálico. La galnostegia es un depósito de una capa metálica sobre un metal. Los objetivos de este depósito es el de protección y decoración.

Un electro depósito se puede obtener bajo las siguientes características:

1. uniformidad de depósito
2.  brillo
3.  dureza
4.  rugosidad
5.  adherencia
6.  no adherencia
7.  quemado

Para un buen depósito electrolítico es importante la limpieza. Las sustancias a eliminar son:

1. óxidos y productos de corrosión
2. sustancias orgánicas (grasas y aceites)
3. astillas metálicas

Aplicaciones de electroquímica en electrónica. 

La electroquímica, es una rama de la química que estudia las interrelaciones entre los procesos químicos y los procesos eléctricos. Estudia la conversión entre la energía eléctrica y la energía química. Trata los cambios químicos producidos por la corriente eléctrica, y la producción de electricidad mediante la energía de las reacciones químicas.

Aplicaciones en Electrónica En la actualidad existen múltiples sistemas de almacenamiento; entre los más importantes se encuentran los de tipo mecánico, eléctrico, químico y electroquímico. Los del tipo eléctrico (supercapacitores) y electroquímico, son las más eficientes, fáciles de operar y los de menor costo. Esto se debe a que estos sistemas no se encuentran limitados por los ciclos termodinámicos, que limitan a los sistemas de almacenamiento del tipo mecánico. Debido a la complejidad de fabricación de los sistemas eléctricos, los sistemas electroquímicos han sido los que más éxito han tenido en el campo del almacenamiento de energía.

En los últimos años la tecnología electroquímica ha experimentado un gran avance gracias al desarrollo y estudio de nuevos materiales electrónicos, entre los que se encuentran los recubrimientos de diamante conductor de la electricidad. La amplia ventana electroquímica de este material es, probablemente, la característica más importante, ya que posibilita alcanzar rendimientos eléctricos muy elevados y desarrollar procesos que con otros electrodos se verían enmascarados por la oxidación del agua. A pesar de esto, es importante resaltar que la respuesta electroquímica del diamante se puede ver afectada por diversos factores tales como el nivel de dopado, la presencia de impurezas, el acabado de la superficie y el material sustrato empleado en su síntesis. Aplicaciones de la electrónica La electrónica desarrolla en la actualidad una gran variedad de tareas. Los principales usos de los circuitos electrónicos son el control, el procesado, la distribución de información, la conversión y la distribución de la energía eléctrica. 

Nanoquímica (propiedades fisicoquímicas no convencionales de polímeros, catenanos y rotaxanos

Nanoquímica es una rama de la nanociencia relacionada con la producción y reacciones de nanopartículas y sus compuestos.

POLIMEROS

Los polímeros son macromoléculas compuestas por una o varias unidades químicas (conocidas como monómeros) que se repiten a lo largo de toda la cadena. Imagínate, por ejemplo, un collar de perlas: cada una de las perlas sería un monómero mientras que el collar entero es lo que se conoce como polímero.

Aunque no los veamos a primera vista, los polímeros nos rodean en nuestro día a día. Por ejemplo, el poliuretano es uno de los polímeros más versátiles y se utiliza desde en material deportivo, zapatos o bañadores hasta para construir grandes estructuras de ingeniería. La ropa que llevas puesta seguramente incluye poliésteres y poliamidas; y en las latas de conserva son más que habituales los policarbonatos.

TIPOS DE POLÍMEROS

Polímeros naturales

No todos los polímeros han sido fabricados por el ser humano. Algunos de ellos, como el caucho y el algodón, son productos naturales usados desde la antigüedad. No obstante, los polímeros naturales dan algunos problemas, ya que son demasiado quebradizos y se deforman con facilidad. Estas propiedades, derivadas de sus características estructurales, se han solventado con un proceso químico, conocido como vulcanización o recauchutado, con el que se entrecruzan las cadenas de poliisopreno.

Polímeros artificiales

Por otro lado, los polímeros artificiales se sintetizan en un laboratorio y son usados de forma masiva en un gran número de aplicaciones. Su uso está tan extendido debido a su bajo coste de producción. Además, tienen unas propiedades y estructuras químicas idóneas, ya que han sido creados por el hombre para cumplir una función específica.

CATETANOS

Estructuras formadas por la interconexión de dos o más macro-ciclos para formar una  cadena,  con  cada  macro  ciclos  tomando  el  papel  de  un  eslabón. 

ROTAXANOS

Un rotaxano es una arquitectura molecular mecánicamente entrelazada que consiste de una "molécula con forma de mancuerna", que se inserta a través de un "macrociclo" (véase la representación gráfica). El nombre se deriva del latín rota (rueda) y axis (eje). Los dos componentes de un rotaxano están cinéticamente atrapados ya que los extremos de la mancuerna (a menudo llamado tapones) son más grandes que el diámetro interior del anillo y esto evita la disociación (desenroscado) de los componentes ya que esto requeriría una distorsión significativa de los enlaces covalentes.

Una parte importante de la investigación sobre rotaxanos y otras arquitecturas moleculares mecánicamente entrelazadas, tales como los catenanos, se ha centrado en conseguir una síntesis eficiente. Sin embargo, se han encontrado ejemplos de rotaxanos en sistemas biológicos, tales como: péptidos con nudo de cistina, ciclótides o lazo-péptidos (péptidos de estructura circular) como la proteína microcina J25, y otros diversos péptidos con subestructura de rotaxano.