ELECTROMETALURGIA 3

8/12/2019 ELECTROMETALURGIA 3

1/41

ELECTROMETALURGIAcap III : Procesos de

Electrolisis

AO DE LA PROMOCION DE LA INDUSTRIARESPONSABLE Y COMPROMISO CLIMATICO

UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADREGROHMANN

FACULTAD DE INGENIERIA

ALEXANDER ESCOBAR AROCUTIPA2010-34761

[email protected]


2/41

CONTENIDO

UNIDADES DE ELECTROLISIS

PORTADORES DE CARGA ELCTRICA

SISTEMAS DE ELECTROLISIS

EQUIVALENCIAS Y CONSTANTES ELCTRICOS

EQUIVALENCIAS ELECTROQUMICAS

SISTEMA DE UNIDADES ELCTRICAS

LEYES BSICAS DE LA ELECTROQUMICA
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.j


3/41


4/41

PROCESOS DE ELECTROLISIS

En el proceso de electrlisis, se aplica un voltaje elctrico bajo entre los doselectrodos, de manera que las sales existentes en el agua se convierten encompuestos con capacidad de oxidar y desinfectar.

Los procesos de electrlisis requieren de tres elementos fundamentales:

La unidad de electrlisis

Los portadores de carga elctrica

Sistemas de electrlisis
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.jhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.jhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.j


5/41


6/41

CeldaElectroltica

En la unidad de electrlisis ocurren reacciones a nivel de electrodosproduciendo las transformaciones qumicas con intercambio de cargaelctrica y se distinguen dos tipos de procesos:


7/41

ANODO

CATODO
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.jhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.j


8/41

Proceso Andico

El nodo es el electrodo con carga positiva, donde lleganlos aniones y representa el polo positivo de una pila.

En el nodo ocurre la oxidacin de los compuestos y elproceso mediante el cual ocurre esta oxidacin, sedenomina Proceso andico.

Las corrientes generadas del nodo son corrientespositivas.

Transformacin de un reactivo reductor presente en elelectrolito.

Esta reaccin ocurre siempre en el nodo y corresponde auna oxidacin. Por lo tanto una especie qumica se oxida y

pierde electrones o cede electrones. Ejemplo.

neOxd 11Re

Zn Zn+2 + 2 e-

En la unidad de electrlisis ocurren reacciones a nivel de electrodos produciendolas transformaciones qumicas con intercambio de carga elctrica


9/41

Proceso catdico

El ctodo es el electrodo cargado negativamente dondellegan los cationes y representa el polo negativo de una pila.

En el ctodo ocurre la reduccin de los compuestos y elproceso mediante el cual ocurre esta reduccin, sedenomina Proceso catdico.

Las corrientes generadas del ctodo son corrientes

negativas. Transformacin de un reactivo oxidante presente en el

electrolito.

Esta reaccin ocurre siempre en el ctodo y corresponde auna reduccin, por lo tanto, una especie qumica se reducey capta electrones. Ejemplo.

22 RedneOx

Cu+2 + 2 e- Cu

23

02

1

2

FeeFe

CueCuLas especies Cu+2, Fe+3, son oxidantes, es decir queen presencia de un reductor enrgico son especies

susceptibles de captar electrones.


10/41


11/41

Proceso oxido - reduccinPor el principio de electro neutralidad, las reacciones de oxidacin siempre vanacompaadas de una reaccin inversa de reduccin.

Reaccin global del proceso de electrlisis

Conclusin:

Especie oxidante se reduce ctodo. Especie reductorase oxida nodo.

1221 ReRe OxddOxdd


12/41

Polaridad

En una unidad de electrlisis, la inversin de polaridad entre nodo y ctodoconstituye una diferencia bsica entre una celda de electrlisis y una pilagalvnica.

E = Potencial de celda o fem de pila

E (+) : Potencial elctrico del polo positivoE (-) : Potencial elctrico del polo negativo

E = Potencial de celda o fem de pila

E = E (+) - E (-)

CELDA PILA

Electrodo Reaccin Polaridad Potencial Polaridad Potencial

nodo Oxidacin + E (+) - E (-)

Ctodo Reduccin - E (-) + E (+)


13/41


14/41


15/41

Electricidad es el flujo de electrones travs de un conductor. Segncomo se lleva a cabo este transporte de electrones los conductoresde electricidad se pueden clasificar en:

A - Conductores de primera clase

B - Conductores de segunda clase C - Conductores de tercera clase (mixtos)

D Aisladores

PORTADORES DE CARGA ELECTRICAO CONDUCTORES


16/41

A - Conductores de primera clase B - Conductores de segunda clase

C - Conductores de tercera clase (mixtos) DAisladores

CLASES DE CONDUCTORES


17/41

Sistema Galvnico

Sistema Electroltico
http://www.soloimagen.net/imagenes-animadas/Profesionales-ver.asp?PicID=19http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.j


18/41


19/41

Sistema Galvnico

Son los procesos donde las reacciones qumicas son los que producen la energaelctrica y generalmente estas reacciones son espontneas.

Reaccin qumica Energa elctrica


20/41

Electrolito : H2SO4 nodo : Pb (-)

Ctodo : PbO2(+)

Reaccin en el ctodo

Reaccin en el nodo

Reaccin total

OHPbSOeSOHPbO

PbSOSOPb

OHPbeHPbO

24

2

42

4

2

4

2

2

2

2

224

__________________________

24

ePbSOSOPb

PbSOSOPb

ePbPb

2

__________________________

2

4

2

4

4

2

4

2

2

energaOHPbSOPbSOHPbO

ePbSOSOPb

OHPbSOeSOHPbO

24422

4

2

4

24

2

42

222__________________________

2

224

Tenemos como ejemplo para elsistema galvnico la batera:


21/41

Sistema Electroltico

Energa elctrica Reaccin qumicaLos procesos electrolticos son las reacciones que ocurren por laaplicacin de la energa elctrica desde un rectificador y no sonespontneas.

Los procesos de oxidacin y reduccin pueden ser realizadosa voluntad si se utiliza una fuente elctrica externa decorriente continua como los rectificadores de corriente.

AElectro refinacin

B - Electro deposicin o electro winning


22/41

Electro refinacin

El proceso de electro refinacin, consiste en la purificacin de un metal impuro quellega como nodo soluble y se disuelve electrolticamente, mientras enel ctodo sedeposita el metal refinado en forma simultanea.

M = metal, puede ser Cu, Ag, que se disuelve en el nodo y es depositado en el

ctodo y las impurezas insolubles se depositan como lodo andico


23/41

Electro deposicin o electrowinning

Actualmente este proceso es uno de los procedimientos ms sencillospara recuperar metales en forma pura y selectiva de las soluciones delixiviacin.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.jhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.jhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.jhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.jhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.j


24/41

Michael Faraday

Naci en Newington, Gran Bretaa,1791-Londres Fsico y qumico

britnico, conocido principalmente por

sus descubrimientos de la induccinelectromagntica y de las leyes de laelectrlisis.

Naci en Newington, Gran Bretaa,1791-Londres Fsico y qumico

britnico, conocido principalmente porsus descubrimientos de la induccinelectromagntica y de las leyes de la

electrlisis.


25/41

LEYES DE FARADAY

PRIMERA LEY DE FARADAY

La cantidad de una sustancia que se deposita o libera en unelectrodo es proporcional a la cantidad de electricidad queatraviesa el electrolito.

SEGUNDA LEY DE FARADAY

La cantidad de diferentes sustancias que se depositan con lamisma cantidad de electricidad son proporcionales a los

pesos equivalentes de esa sustancia.Un equivalente de cualquier sustancia puede ser liberado(oxidado reducido) por un Faraday de electricidad (96500cb).


26/41

EQUIVALENTE QUIMICO

Equivalente qumico =

Ejemplo.

Equivalente qumico del cobre =

En este caso 31,77 g de cobre puede ser depositado por el paso de unFaraday de electricidad.

Valencia

AtmicoPeso

g77.312

54.63


27/41

LEY DE FARADAY

La cantidad de energa para oxidar un mol de tomos en el nodo y reducir unmol de tomos en el ctodo es equivalente los moles de letronesque se poneen juego.


28/41

ECUACIN QUE REPRESENTA LA LEY DEFARADAY

txIxnF

MW

FtIEqW

tambin

W : Masa depositada (g)

M : Peso molecular del metal depositado

Eq : Equivalente qumico

n : Valencia del ion metlico en la solucin

F : Constante de Faraday (96500 Coulomb/equivalente) (1 coulomb = 1 A x 1 s)

I : Corriente que circula (Amp)

t : Tiempo de operacin de la electrlisis (s) Para clculos industriales es ms apropiado considerar el Faraday en Amperios

Hora.


29/41

Equivalencias y Constantes Elctricas

1F = 96500 coulombs.

1F = 96500 amp.seg.

1Coulomb = 1 amp.seg.

1Joule = Coulombs. volts

F = 23060cal / volt

1F = 96500 amp-seg. =

hampseg

h 81,26

.3600

1F = 26,81 amp - h

1F = 96500 amp-seg =

R = 8,315 Joules / oK- mol

R = 1,987 = 2 Cal / oK- mol
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.jhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.jhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.jhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.j


30/41

Ejemplo

La plata metlica es depositado donde una solucin de Nitrato de plata en untiempo de 40 minutos, con una corriente de 1.65 amp. Calcular la cantidad de

plata deposita.

Formula

Reaccin:

W Atmico Ag = 107,87 g

Valencia = 1

Peso depositado:

AgeAg 1

F

tIEqW

gsAmp

segAmpg

W 42,496500

.min1

.60.min4065,187,107


31/41

Equivalente Electroqumico

El equivalente electroqumico de un elemento o grupo de elementos, es el nmero degramos de dicha sustancia, depositados por el paso de una cantidad deelectricidad deun Coulomb, a travs de un electrolito.

De otra manera el equivalente electroqumico (eq - elect) segn la ley deFaraday, es elpeso del metal depositado con un 100 % de eficiencia por unidad de corriente en launidad de tiempo.

Ejemplo para el oroEqelect del Au =

Entonces la masa del oro depositado, est dado por la siguiente relacin:

W : masa de cobre depositada (g)

I : Corriente que circula (Amp)

t : Tiempo de operacin de la electrlisis (h)

hamp

g

hamp

g

453,2

81,26

3

2,197

txIxW 453,2
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.jhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.jhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.jhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.jhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.jhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Unjbg.j


32/41

Sistemas de Unidades Elctricas

La diferencia de potencial o fuerza electromotriz se mide en voltios.Un voltioes la diferencia del potencial necesaria para hacer pasar un ampere a travs deuna resistencia de un Ohms

A - Ley de Ohm

B - Conductividad C Coulombs


33/41

A - Ley de Ohm La cantidad de corriente (I) de una corriente que atraviesa unaresistencia (R) es directamente proporcional a los potenciales (E). Este

enunciado se conoce como la ley de ohm.

E = Diferencia de potencial o tensin (voltios). I = Intensidad de corriente (amperios).

R = Resistencia del conductor (ohm)

Se cree que la resistencia elctrica de los metales se produce a causade la vibracin de los tomos que interfiere el movimiento migratorio de

los electrones y un aumento de la temperatura de un metal aumenta lasvibraciones por lo que disminuye la conductividad.

xRIE


34/41

B - Conductividad Es la facilidad con que la corriente fluye a travs de un conductor, por lo cual se

define como el reciproco de la resistencia, lo mismo que su unidad tambin seexpresa como reciproco de ohm mho.

El movimiento simultneo de los iones positivos y negativos constituye la corrienteelectroltica. Para que la corriente elctrica contine, debe ocurrir alguna reaccinqumica en los electrodos que permita mantener la neutralidad elctrica.

RC 1


35/41

CCoulombs La cantidad de electricidad que fluye a travs de un circuito depender de la

intensidad de la corriente en amperes y del tiempo en segundos durante elcual esta fluye.

Coulombs es la cantidad de corriente que fluye por un circuito cuando ha

pasado un ampere durante un segundo.

1Coulombs = 1 amp.seg


36/41


37/41

Gracias por su atencin

[email protected]


38/41


39/41


40/41


41/41

Documents

ELECTROMETALURGIA 3