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2008/2009 7025

ELECTROQUÍMICA AVANZADA

Tipo: OPT

Curso: 2

Semestre: B

CREDITOS Totales 4,5

TA

TS AT

AP PA PI PL PC

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1,5 0

OBJETIVOS · · · · · · ·

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Conocer el estado de los iones en disolución. Conocer los mecanismos de transporte en disoluciones electrolíticas. Comprender lo que es una interfase electrodo-disolución y su estructura a partir de los modelos. Conocer que las reacciones de transferencia de carga a través de la interfase implican la transformación de unas sustancias en otras y que podemos utilizarlas para generar energía eléctrica. Comprender los principios de la termodinámica aplicados a la interfase electrificada. Conocer los principios básicos de la cinética electroquímica. Saber aplicar los conocimientos electroquímicos a temas de interés práctico como la corrosión de los materiales, electrodeposición, electropolimerización y las aplicaciones de nuevos materiales electródicos en la protección del medio ambiente. Adquirir destreza en el diseño y manejo de sistemas electroquímicos.

PROGRAMA RESUMIDO Num 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Nombre del Tema BLOQUE I. PRINCIPIOS BÁSICOS DE ELECTROQUÍMICA. Introducción. Propiedades de equilibrio de las disoluciones electrolíticas. Transporte de iones en disolución La interfase electrodo-disolución. Células electroquímicas en equilibrio. Cinética electroquímica. BLOQUE II. ELECTROQUÍMICA APLICADA. Corrosión. Producción y almacenamiento de energía electroquímica. Pilas. Síntesis electroquímica. Electrodeposición. Electropolimerización. Tratamiento electroquímico de aguas residuales industriales.

Horas 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3

PROGRAMA DETALLADO TEMA 1.- INTRODUCCIÓN.- Definición.- Reacción electroquímica.- Etapas de una reacción electroquímica.Células electroquímicas.- transporte de carga.- Transporte de masa.- Conceptos básicos de termodinámica. TEMA 2.- PROPIEDADES EQUILIBRIO DE LAS DISOLUCIONES ELECTROLITICAS.- Electrolitos: conceptos elementales.- Interacción ión-disolvente.-Interacción ión-ión.-Teoría de Debye-Hückel.-Asociación iónica.-Cuestiones y problemas. TEMA 3.- TRANSPORTE DE IONES EN DISOLUCIÓN.- Fenómenos de transporte en electrolitos.-Flujo iónico bajo un gradiente de concentración: Difusión.-Flujo iónico bajo la acción de un campo eléctrico: Migración.- Mecanismo de transporte del protón.-El agua como disolvente: ventajas e inconvenientes.-Cuestiones y problemas. TEMA 4.- LA INTERFASE ELECTRODO DISOLUCIÓN.- Interfases.-Termodinámica de las interfases electrificadas.Potencial electroquímico.- Equilibrio electroquímico.-Potencial de electrodo.-Estructura de la doble capa.- Diferencia de potencial a través de la interfase.- Interfases polarizables y no polarizables.- Escalas de potenciales relativos.Cuestiones y problemas.

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TEMA 5.- CÉLULAS ELECTROQUÍMICAS EN EQUILIBRIO.- Tipos de electrodos reversibles.-Potencial de membrana.Electrodos de referencia.- Tipos de células electroquímicas.-Células galvánicas reversibles.- Células electrolíticas.Cuestiones y problemas. TEMA 6.- CINETICA ELECTROQUIMICA.- Nociones generales.- Transferencia de carga a través de la interfase electrododisolución.- Interfase en el equilibrio.- Densidad de corriente de intercambio.- Ecuación de Nernst. Deducción cinética.Interfase fuera del equilibrio.- Sobrevoltaje.- Aproximaciones de la ecuación de Butler-Volmer.- Ley de Tafel.- Tipos de sobrevoltaje. TEMA 7.- CORROSION.- Introducción.-Clasificación y características de los distintos tipos de corrosión.-Naturaleza electroquímica de la corrosión.- Aspectos termodinámicos de la corrosión.- Cinética de la corrosión.- Métodos para prevenir la corrosión.- Cuestiones y problemas. TEMA 8.- PRODUCCION Y ALMACENAMIENTO DE ENERGIA ELÉCTRICA. PILAS.- Introducción.-Principios fundamentales.- Aspectos termodinámicos y cinéticos.- Rendimiento de una pila.- Potencia de una pila.- Tiempo de descarga.-Tipos de pilas.- Parámetros característicos de los acumuladores.- Ejemplos de sistemas de producción y almacenamiento de carga eléctrica.- Pilas de combustible. TEMA 9.- SINTESIS ELECTROQUIMICA.- Interés de la síntesis electroquímica.-Factores que influyen en la elección de la electrolisis para la síntesis.- Células de electrolisis.- Parámetros que deben optimizarse.- Criterios de evaluación de una síntesis electroquímica.- Síntesis electroquímica de sustancias inorgánicas. Ejemplos.- Síntesis electroquímica de sustancias orgánicas. Ejemplos. TEMA 10.- ELECTRODEPOSICIÓN.- Introducción.- Procesos generales de la electrodeposición.- Etapas en el proceso de electrodeposición.- Factores prácticos que afectan a las propiedades de los recubrimientos.- Propiedades de los recubrimientos.- Operaciones a realizar en el proceso de electrodeposición.- Instalación industrial.-, Aplicaciones. TEMA 11.- ELECTROPOLIMERIZACIÓN.- Polímeros conductores y no conductores.- Estudio de los factores que influyen en la electropolimerización: tipos de electrodos, programa de polarización, naturaleza del disolvente, efecto del pH, tipos de monómeros, efecto de los aniones.- Caracterización electroquímica y espectroscópica de los recubrimientos.Aplicaciones: protección frente a la corrosión, acumuladores de energía, sensores, microelectrónica. TEMA 12.- TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES.- Electroquímica y medio ambiente.Parámetros de control de la calidad de las aguas.- Eliminación y recuperación de iones metálicos pesados.- Oxidación indirecta de sustancias orgánicas.- Oxidación directa de sustancias orgánicas.- Ánodos de alto sobrevoltaje de oxígeno.Métodos electroquímicos de separación de fase.- Electroflotación.- Electrocoagulación.- Electrofloculación.

PRACTICAS DE LABORATORIO 1.- Preparación material electródico y reproducibilidad. Caracterización voltamperométrica de metales nobles y comunes en medios acuosos y orgánicos (3h). 2.- Tratamiento inhibidor sobre aceros de la respuesta cronoamperométrica mediante voltamperometría (3h). 3.- Electrosíntesis de material híbrido - polipirrol/PW12O403- - sobre electrodos de Pt, acero inoxidable y acero mediante salto potenciostático. Caracterización del recubrimiento obtenido mediante voltamperometría cíclica (3h). 4.- Evaluación de la corrosión en metales oxidables (6h): 4.1.- Medidas de densidad de corriente de corrosión mediante la técnica de Resistencia de Polarización en electrodos de acero y acero con recubrimientos de material orgánico/inorgánico en medios salinos. 4.2.- Curvas de polarización (Tafel). 4.3.- Voltamperometría cíclica (Ping Gu et. al.).

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EVALUACIÓN La evaluación de los alumnos se divide en tres bloques diferenciados.

Trabajo individual Se realizará una prueba objetiva, referente a todo lo que se ha visto tanto en las clases presenciales como en los seminarios. La prueba constará de dos partes, una primera parte de teoría (30%) y una segunda parte de preguntas relacionadas con el trabajo en equipo (20%). El alumno necesita como mínimo un 4 de nota para que pueda compensar con las prácticas de laboratorio y el trabajo en equipo. Prácticas de laboratorio. La asignatura tiene una parte evidentemente práctica, al ser un conjugado de conceptos teóricos refrendados con conocimientos prácticos. Así pues, las prácticas tienen una notable importancia en la asignatura. La asistencia a prácticas es obligatoria y es condición indispensable para aprobar la asignatura haber asistido a un 80% de las prácticas. Además se pide al alumno que realice una memoria de las prácticas y una prueba objetiva al finalizar las prácticas. Se evalúa (20%) tanto asistencia como la memoria que entrega, teniendo en cuenta el orden, limpieza y resultados y conclusiones de la misma. Trabajo en equipo. Para completar la asignatura, el alumno debe realizar un trabajo en equipo. Este trabajo, tiene un peso de un 30%. Se valora tanto el trabajo en si como la presentación del mismo. El alumno tiene 15 minutos como máximo para exponer el trabajo al resto de la clase. Valoro su capacidad de síntesis y exposición. Además se tienen cuenta la utilización de herramientas tales como el PowerPoint, esto anima los alumnos de primer curso que no han trabajado nunca con este sistema, para que empiecen a familiarizarse con él. A partir de lo expuesto anteriormente de la nota final se obtiene de la siguiente forma: Nota final = Nota examen (mínimo 4)x0,5 + Nota prácticas laboratorio (mínimo 80% asistencia)x0,2 + Nota trabajo (obligada la presentación)x0,3 Cada nota de las diferentes partes, está valorada sobre 10, así como la nota final. METODOLOGÍA DOCENTE

BIBLIOGRAFIA BIBLIOGRAFÍA GENERAL. •

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GARLAND, C., NIBLER, J., SHOEMAKER, D., "Experiments in physical chemistry", Ed. McGraw-Hill (2002).

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SELLEY, N.J., "Experimental Approach to Electrochemistry", Ed. Edward Arnold (1977).

PÁGINAS WEB. ·



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