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Tipos de Procesos Electródicos

Tipos de Procesos Electródicos. ( a) Reaccíón redox iónica (b) Reacción redox gaseosa, (c) electrodisolución, (d) electrodeposición,.  M. e -. Energías electródicas. El potencial de un electrodo es una medida de la energía de los electrones constituyentes.

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Presentation Transcript

  1. Tipos de Procesos Electródicos (a) Reaccíón redox iónica (b) Reacción redoxgaseosa, (c) electrodisolución, (d) electrodeposición,

  2. M e- Energías electródicas El potencial de un electrodo es una medida de la energía de los electrones constituyentes. En la medidaque el potencial de electrodo se desplaza el la direcciónnegativa, los electronessuben a nivelesenergéticoscadavezmayores. A valoressuficientementenegativos de potencial, los nivelesenergéticosocupadospor los electrones son lo suficiente alto comoparapermitirque se transfiere los electronesdesde el electrodo hasta la species en la faseacuosa.

  3. Cinéticas Electródicas

  4.  = - An+ Energía de Activación para la Transferencia de Electrones

  5. Ecuación de Butler-Volmer

  6. Celdasgalvánicas y electrolíticas Considerarpedazos de cobre y zinc en contacto con unasoluciónconectadospor un circuitoquepermitemediciones: V Corriente A

  7. Celdasgalvánicas y electrolíticas Ahora re-emplaza la resistencia con unafuente de poderparareversar la corriente. Potencial de circuito abierto Voltaje Corto circuito 0 0 Corriente

  8. Potencialesestandar

  9. Celdasgalvánicas y electrolíticas V + DC power supply - A Cu++ Zn++ Porous partition

  10. Celdasgalvánicas y electrolítica (cont.) Voltaje de celda 0 Current Galvánica Electrolítica

  11. Celdasgalvánicas y electrolítica (cont.) Con la corrienteinvertida la celdaeselectrolítica (consume energía) y el flujo de corrientees de Zinc al Cobre, i.e. los electronesfluyen de cobre al zinc. La reacción en la superficiees: Zn++ + 2- = Zn Mientras la reacciónsobre la superficie del cobrees: Cu = Cu++ + 2- El contenido de zinc en la solucióndisminuye y la del cobreincrementa.

  12. Potenciales de media celda – consecuenciasprácticas • Recuperación de metal de soluciónporcementación Ejemplo Cu++ + Fe = Fe++ + Cu Se puedeutilizarchatarra de hierropararecuperarcobre de la soluciónparaobtenercobreimpuro (contaminado con hierro residual) conocidocomo “cement copper”. Otroejemploes la limpieza del electrolito de zinc para remover impurezas en trazas, tales como Co, pasandolos a través de unacama de partículas de Zn: Co++ + Zn = Co + Zn++ Se renueva la camacuandoesesencialmentecompuesta de impurezas.

  13. “Electrowinning”…. Es el términoapplicado a la producción de materialesporelectrólisis.

  14. Electroganado(cont).

  15. Electroganado y la Ley de Faraday ¿Cuánto metal se puededepositar en el cátodo (además de evolución de oxígeno en el ánodo) porunadeterminadacantidad de carga? Ley de Faraday: Para cada 96,484 coulombs de electricidad, ocurre 1 mol de electrones (correspondiente a 1 mol de reacciónelectroquímica) en cadaelectrodo. 1 coulomb =1Amp.sec. (if se pasan 5,000 A durante 5 segundos, entonces se pasan 25,000 coulombs) 1 g. equiv. = peso atómico (o molecular) divididopor el número de electronesinvolucrados en la reacción, e.g. paracobre a partir de Cu2+, 1g equiv. = 63.54/2 = 31.77g.

  16. Ley de Faraday ¿Cuántocobre se debedepositar en 24 horas en unacelda de electroganado, donde la corrientees de 10,000 amps? Respuesta: Coulombs = 10,000 x 24 x 60 x 60, entonces Moles de e- = 10,000 x 24 x 60 x 60/96,484 = 8955 moles e-,  gramos de Cu depositado = 8955 x 31.77 = 285,500. En la práctica, se depositaunacantidadapreciablementemenor de 285.5 kg. ¿Ha fallado la Ley de Faraday?

  17. Ley de Faraday (cont.) ¡No! La Ley de Faraday predice un total of un mol de electronespasa en cadaelectrodoporcada 96,484 coulombs. En el caso de la celda de electroganado de cobre, puedehaberunareacciónparásita en el cátodo: 2H+ + 2- = H2 Y tenemosand we would have ½Moles de cobredepositados + ½moles de H2producidos = 8955 moles de e-. Entonces, si solamente se depositaron 255 kg Cu°, el restante carga se utilizó para generar H2

  18. Eficiencia de Corriente Típicamente para electroganado de cobre se logra cerca del 100%. Sin embargo, para el proceso para zinc dificilmente se logra arriba del 90%

  19. CinéticaElectródica Para el electroganado de zinc, el electrolitoessulfato de zinc. De acuerdo con la tabla de los potencialesestandar, la celdadebegenerarhidrógeno y depositar el zinc. Cualquiercantidad de zinc formadotermodinámicamentedebeoxidarse y ydisolver, generandohidrógeno Zn = Zn++ + 2- (E0 = -0.76V) 2H+ + 2- = H2 (E0 = 0.) De hecho el zinc se depositaporque la cinética de la generación de hidrógenosobreesmuylenta, siempre y cuando se mantienenbajas la concentraciones de lasimpurezas.

  20. CinéticaElectródica La dificultad de electroganado de zinc esdebido al valor de supotencialestandar (-0.76V comparado con el de cobre +0.34V). Solamente lo anterior esposiblecuando la cinética lo permite. Los metales con potencialesestandarmásbajos (e.g. Al con -1.66 V ó Mg con -2.38 V), electroganado de solucionesacuosasesimposible. Unaceldageneraríapurohidrógenogaseoso. it

  21. Economía Para operacionestípicas de electroganado a partir de solucionesacuosas, (e.g. electrowinning de zinc), la eficiencia de corrientedisminuye con un aumento en la corriente de celda:

  22. Economía Capital cost

  23. Proceso de Cobre

  24. “Electroganado” Reacción catódica: Cu2+ + 2e-  Cu0 Reacción anódica : H2O  ½O2 + 2H+ + 2e-

  25. Potencial de Celda Cu Zn

  26. Condiciones de Electroganado Electroganado es aplicable para remover metales de soluciones que contienen concentraciones moderadas ó altas de iones metálicos (>3,000 mg/L). Para las concentraciones por debajo 1,000 a 2,000 mg/L de metal, el proceso de electroganado convencional se vuelve ineficiente.

  27. Electrorefinado Reacción Catódica : Cu°  Cu2+ + 2e- Reacción Anódica: Cu2+ + 2e-  Cu° Lodos (impurezas): Oro, Plata, etc.

  28. Aluminio Desde le descubrimiento del proceso por Hall y Héroult, se produce por electrólisis casi todo el aluminio a partir de alumina (Al2O3) disuelta en un baño de criolita fundida (Na3AlF6). El aluminio se deposita fundido sobre un cátodo de carbón, el cual sirve también como un contenedor del fundido. Simultáneamente, el oxígeno se deposita sobre los ánodos de carbón, consumiéndolos. 2Al2O3 + 3C --> 4Al(l) + 3CO2(g)

  29. “Fundido” de Aluminio http://www.youtube.com/watch?v=zDDbVnlDJfw Criolita pura se funde a 1012°C, pero alumina y otros aditivos (5-7% fluoruro de calcio, 5-7% fluoruro de aluminio y 0-7% fluoruro de litio), disminuyen la temperatura de fusión, permitiendo que se opere a 940-980°C. El sistema Na3AlF6– Al2O3 tiene un punto eutéctico a 10.5 %wt Al2O3 a 960°C

  30. Producción de Sodio

  31. Electrorecuperación • Para soluciones de baja concentración: • Metales de valor elevado (Ag,Au, Pd, Pt, etc.) • Tratamiento de residuos

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