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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
ELECTROQUIMICA
GRUPO: 7IM1
EQUIPO: 4
GUERRERO MELENDEZ KARINA _________________
LACUNZA GUZMAN MARGARITA__________________
MARTINEZ OLVERA MIREYA_____________________
RODRIGUEZ LUZ RODRIGO_______________________
VELAZQUEZ TOLEDO DANIEL ALEJANDRO__________
PROFESORA:M. en C. BLANCA ZAMORA CELIS
FECHA
VIERNES 27 DE ENERO DEL 2012
INTRODUCCION
En los últimos años la tecnología electroquímica ha experimentado un gran
avance gracias al desarrollo y estudio de nuevos materiales electródicos, entre los
que se encuentran los recubrimientos de diamante conductor de la electricidad.
Los electrodos preparados a partir de este material están caracterizados por una
gran estabilidad física, química y electroquímica, y por presentar elevados
sobrepotenciales para los procesos de oxidación y reducción del agua. Estas
inmejorables propiedades han conseguido que en pocos años se hayan
desarrollado numerosas aplicaciones electroquímicas basadas en los mismos, y
que van desde su uso en química electroanalítica hasta su aplicación en
electroquímica industrial y medio ambiental, en procesos tales como la
electrosíntesis de compuestos orgánicos e inorgánicos de interés industrial, y el
tratamiento de aguas de abastecimiento y de efluentes industriales contaminados
con materia orgánica.
DEFINICIONES
1)
La ingeniería electroquímica es una rama de la ingeniería que implica el diseño,
caracterización y operación de componentes, montajes y procesos que involucren
la interconversión de energía química y eléctrica; por tanto, se puede definir como
“la comprensión y desarrollo de materiales prácticos y procesos que impliquen
transferencia de carga en la superficie de un electrodo”.
La ingeniería electroquímica requiere un tratamiento integrado de conceptos de
electroquímica e ingeniería.
Abarca los siguientes aspectos:
1. Procesos electroquímicos, en los que los materiales sufren los cambios
requeridos en composición, distribución de energía o estado físico.
2. Los productos resultantes
3. La aplicación del proceso o productos a un final útil
ELECTROQUÍMICAEstudio de la transferencia heterogénea de carga que ocurre en la interfase entre
electrodo y electrolito
INGENIERÍAConocimiento y desarrollo de procesos y
materiales de aplicación práctica
INGENIERÍA ELECTROQUÍMICAConocimiento y desarrollo de procesos y
materiales de aplicación práctica que impliquen una transferencia heterogénea
de carga en la superficie del electrodo
PROCESOS QUÍMICOSEn que materiales se dan los cambios
requeridos en la composición , contenido energético y estado físico
MÉTODOS PARA ELECTROQUÍMICOReactor electroquímico
PRODUCTOSProductos químicos, metales,
recubrimientos, sensores, energía eléctrica
APLICACIONESSíntesis, eliminación de iones
metálicos/productos orgánicos, depositos de capas metálicas/ semiconductores,
detección/monitorización, conversión de energía
Fig. 1 Ingeniería Electroquímica y sus definiciones
2)
La electroquímica ha sido definida clásicamente como la ciencia que trata de los
cambios químicos producidos por la corriente eléctrica, y de la producción de
electricidad mediante la energía de reacciones químicas. La ingeniería
electroquímica es una rama de la ingeniería química a la que se acoplan ciertos
aspectos de la ingeniería eléctrica y de la metalurgia.
Las industrias electroquímicas pueden dividirse en términos generales en:
a) Las de naturaleza electrolítica
*Electrodisociación: como ocurre con el cloro y metales alcalinos.
*Obtención electrolítica: como en industrias de cobre y zinc en que dichos
metales se producen por lixiviación del mineral.
*Refinado electrolítico: por ejemplo el cobre y níquel electrolíticos.
*Electrodeposición: ejemplo la galvanoplastia y la galvanostegia.
*Oxidación y reducción: cloratos, peróxidos, óxidos metálicos, así como
materiales orgánicos.
b) Industria de electrolito fundido: ejemplo la industria del aluminio,
magnesio y metales alcalinos.
c) Grupo electrotérmico: por ejemplo el carburo de calcio, cianamida
cálcica, grafito, y abrasivos sintéticos.
d) Ferroaleaciones de horno eléctrico: como el acero eléctrico y aleaciones
especiales.
e) Baterías: de tipo primario y secundario.
3)
La Ingeniería Electroquímica es una rama de la Ingeniería que trata sobre el
estudio de los procesos químicos, en los que la electricidad es considerada el
reactivo principal.
Esta técnica aunque es muy antigua ha tenido que resurgir en los años sesenta,
donde se observa un esfuerzo centrado en el diseño y modelización de los
reactores electroquímicos.
Su campo de aplicación es muy extenso y abarca procesos tales como la
hidrometalurgia, generación de energía (celdas de combustión), depuración de
residuos, electrosíntesis de productos orgánicos e inorgánicos, tratamiento de
superficies (prevención de la corrosión) y bioelectroquímica.
APLICACIONES INDUSTRIALES DE LA ELECTROLISIS
La gran estabilidad electroquímica, conjuntamente con su estabilidad química,
hacen del diamante un material muy adecuado para su uso en el tratamiento de
aguas residuales industriales contaminadas con materia orgánica, ya que los
materiales que compiten con él, en cuanto a características y rendimiento
(recubrimientos de óxidos de plomo y de estaño), sufren con facilidad ataques
químicos por parte de los componentes de las aguas residuales, y en
determinadas condiciones pueden liberar al agua tratada componentes de gran
toxicidad. Por otro lado, 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. En este trabajo, con el fin de profundizar en las características y
propiedades de este nuevo material electródico, se hace una recopilación sobre
las propiedades y los métodos actuales de síntesis de los electrodos de diamante
conductor de la electricidad.
INDUSTRIA FARMACÉUTICA
Se menciona en el reglamento de insumos para la salud que:
ARTÍCULO 13. El agua que se utilice en la elaboración, fabricación,
mezclado o acondicionamiento de los Insumos, deberá ser potable, salvo
para aquellos casos en los que se establezca en este Reglamento, en la
Farmacopea de los Estados Unidos Mexicanos o en la Norma
correspondiente que tenga que ser purificada, destilada o de otras
características.
Tomando en cuenta el criterio de la Farmacopea de los Estados Unidos
Mexicanos del 2011 (FEUM) dice en uno de sus apartados y/o monografías de
Métodos Generales que debe contar el agua de procesos un valor de 2.5
Microsiemens por centímetro ( µS/cm) que es la unidad para medir la
conductividad y solidos disueltos.
Conductividad del agua
Agua pura: 0.055 µS/cm
Agua destilada: 0.5 µS/cm
Agua de montaña: 1.0 µS/cm
Agua para uso doméstico: 500 a 800 µS/cm
Máx. Para agua potable: 10055 µS/cm
Agua de mar: 52 µS/cm
En el caso de medidas en soluciones acuosas, el valor de la conductividad es
directamente proporcional a la concentración de sólidos disueltos.
Para lo cual en I.M.Bruluart el agua de fabricación cuenta con un rango menor a 1
de medición electrolítica para estos análisis, el cual se cumple las normas
correspondientes y con los criterios dela FEUM como de Buenas Practicas para la
fabricación en la Industria Farmacéutica.
Sensor de conductividad
Otra aplicación es:
ARQUITECTURA Y TECNOLOGÍAS DE LA CONSTRUCCIÓN
Donde se emplean polímeros conductores en las siguientes vertientes:
Síntesis Electroquímica; para la obtención de estos polímeros como el polipirrol y
se observa la influencia de los parámetros experimentales en las propiedades de
la película del polímero conductor. En general la síntesis electroquímica, involucra
diferentes variables experimentales: químicas (naturaleza del solvente, el
monómero, y la sal dopante) y físicas (temperatura, condiciones eléctricas,
naturaleza y forma de los electrodos, geometría de la celda).
Propiedades Electroquímicas y Modelos Teóricos: modelos de relajación
conformacional y dinámica molecular;
Dispositivos Electroquímicos: músculos artificiales, ventanas inteligentes, baterías
orgánicas, transductores ión/electrón.
Otra aplicación industrial importante de la electrólisis es el horno eléctrico, que se
utiliza para fabricar aluminio, magnesio y sodio. En este horno, se calienta una
carga de sales metálicas hasta que se funde y se ioniza. A continuación, se
obtiene el metal electrolíticamente.
La descomposición por electrolisis es la base de un gran número de procesos
de extracción y fabricación muy importantes en la industria moderna. El hidróxido
de sodio o sosa cáustica (un producto químico importante para la fabricación de
papel, rayón y película fotográfica) se produce por la electrólisis de una disolución
de sal común en agua. La reacción produce cloro y sodio. El sodio reacciona a su
vez con el agua de la pila electrolítica produciendo hidróxido de sodio. El cloro
obtenido se utiliza en la fabricación de pasta de madera y papel. Una aplicación
industrial importante de la electrólisis es el horno eléctrico, que se utiliza para
fabricar aluminio, magnesio y sodio. En este horno, se calienta una carga de sales
metálicas hasta que se funde y se ioniza. A continuación, se obtiene el metal
electrolíticamente.
Los métodos electrolíticos se utilizan también para refinar el plomo, el estaño, el
cobre, el oro y la plata. La ventaja de extraer o refinar metales por procesos
electrolíticos es que el metal depositado es de gran pureza.
La galvanostegia consiste en la producción de películas metálicas sobre un
objeto de metal. En general, el proceso se realiza para producir piezas decorativas
o aumentar la resistencia de un material a la corrosión. El material a recubrir se
utiliza como cátodo y el material recubridor como ánodo, pero también se puede
utilizar un ánodo insoluble inmerso en una solución del ion recubridor.
ELECTROQUIMICA EN EL CUERPO HUMANO
El sistema nervioso es un sistema electroquímico de comunicación que nos
permite pensar, sentir y actuar. La actividad eléctrica se corresponde con el
impulso nervioso y la actividad química cerebral se produce por las sinapsis de las
neuronas. La neurona está capacitada para recoger variaciones de su medio
externo (estímulos) y comunicarlos a otras neuronas. La excitabilidad y la
conductibilidad son las propiedades fundamentales de la neurona. Los impulsos
nerviosos son similares en las diferentes áreas del sistema nervioso y se inician
por múltiples sucesos físicos que acontecen en nuestro entorno e inciden en
nuestro organismo.
El impulso nervioso es una onda eléctrica que avanza por la superficie de la
membrana de la neurona y sus prolongaciones. Se produce por las variaciones en
la distribución de iones dentro y fuera de la neurona. La información transmitida se
determina por cómo viaja a través del encéfalo. Es el cerebro quien analiza e
interpreta patrones que exhiben las señales eléctricas aferentes, y así crea
sensaciones visuales y auditivas.
Necesita de estos mecanismos para una gran regulación electroquímica para ser
un buen funcionamiento del cuerpo humano.
Las células del sistema nervioso especializadas en la obtención y transmisión de
datos son las neuronas, que para ello utilizan procesos electroquímicos. Las
neuronas están siempre recogiendo y evaluando información sobre el estado
interno del organismo y del ambiente externo e intercambiándola entre sí
(comunicación neuronal) para que las necesidades de la persona puedan ser
suplidas.
Una neurona capta determinada información y la transforma en impulsos
nerviosos que son trasmitidos a otra neurona, estableciendo una cadena de
comunicación en la red neuronal.
El impulso nervioso después se propia también al axón, que es la terminal
transmisora de la neurona en que se encuentra. De ahí en adelante, y como
no hay continuidad celular entre una neurona y otra, la transmisión del
impulso nervioso tendrá lugar en la sinapsis, que es un lugar especialmente
destinado a la propagación de información entre neuronas.
Una vez en la sinapsis, la neurona trasmisora libera el impulso nervioso en
la cavidad presináptica, pero necesita de un “empujoncito” para llegar a la
terminal receptora de otra neurona, denominada dendrita, y este
“empujoncito” es dado por los neurotransmisores, que bien podemos llamar
“mensajeros del cerebro”.
Elementos de comunicación neuronal
Sinapsis:
- Estructura en la cual acontece el cambio de información entre las neuronas.
Neurona presináptica o transmisor:
- Neurona que va a transmitir una información
Neurona postsináptica o receptor:
- Neurona que a recibir la información
Impulso Nervioso:
- Información recibida por la neurona y que, codificada, se propaga dentro de la
neurona a través de fenómenos eléctricos.
Cavidad presináptica:
- Espacio de la sinapsis que separa las membranas de las células transmisoras
y receptoras. Está lleno de fluido sináptico. La señal eléctricamente liberada por la
neurona presináptica en este espacio no puede traspasar sus límites.
Neurotransmisores:
- Sustancias químicas especiales liberadas por la membrana emisora
presináptica que se difunden hasta los receptores de la membrana de la neurona
receptora postsináptica. Los neurotransmisores permiten que los impulsos
nerviosos de una célula influyan en los impulsos nerviosos de otra y, así, las
células del cerebro pueden dialogar, por así decirlo.
Tipos de Sinapsis
Eléctrica:
Permite la transferencia directa de la corriente iónica de una célula a otra y
tiene lugar en localizaciones especiales llamadas uniones, que son canales que
permiten a los iones pasar directamente del citoplasma de una célula al citoplasma
de otra, proporcionando una transmisión muy rápida.
Química:
En este tipo de sinapsis, la señal liberada de entrada es transmitida cuando
una neurona libera un neurotransmisor en la cavidad sináptica, lo cual es
detectado por la segunda neurona a través de la activación de los receptores
situados en el lado opuesto al lugar de la liberación. Los neurotransmisores son
sustancias químicas producidas por las neuronas y son utilizados para transmitir
sinapsis (impulsos nerviosos) a otras neuronas o a células no neuronales, como,
por ejemplo, las del músculo del esqueleto, del miocardio o de la glándula epitelial.
Neurotransmisores
Las neuronas se comunican entre sí a través de impulsos electroquímicos.
El impulso nervioso viaja desde el cuerpo hacia el axón hasta alcanzar una
sinapsis, donde desencadena la liberación de mensajeros químicos que se
unen a receptores específicos, transfiriendo la información y continuando su
propagación. El cerebro humano contiene decenas de billones de neuronas
interrelacionadas por un número de seis a la diez veces mayor de sinapsis.
Existen más de noventa neurotransmisores diferentes conocidos actuando
en la sinapsis; sin embargo, los seis más destacados son:
Acetilcolina
- Es el neurotransmisor más abundante y el principal en la sinapsis
neuromuscular, pues es la sustancia química que transmite los mensajes de los
nervios periféricos a los músculos para que éstos se contraigan. Bajos niveles de
acetilcolina pueden producir falta de atención y el olvido.
Noradrenalina
- También conocida como norepinefrina, estimula la liberación de grasas
acumuladas y participa en el control de la liberación de hormonas relacionadas
con la felicidad, la libido, el apetito y el metabolismo corporal, además de estimular
el proceso de memorización y mantener el funcionamiento del sistema
inmunológico.
Dopamina
- Químicamente semejante a la noradrenalina y a la L-dopa (droga usada en el
tratamiento de la dolencia del Parkinson), la dopamina afecta sobremanera al
movimiento muscular, al crecimiento, a la recuperación de los tejidos y al
funcionamiento del sistema inmunológico, además de estimular la liberación de
hormonas del crecimiento para la hipófisis (pituitaria).
Serotonina
- Neurotransmisor encontrado en altas concentraciones de plaquetas
sanguíneas, en el tracto gastrointestinal y en ciertas regiones del cerebro. Tiene
una función importante en ciertas regiones del cerebro. Tiene una función
importante en la coagulación sanguínea, en la contracción cardiaca y en el
desencadenamiento del sueño, además de ejercer funciones antidepresivas (los
antidepresivos tricíclicos actúan aumentando los niveles cerebrales de serotonina).
L-Glutamato
- Representa la principal vía de biosíntesis del ácido gama-amino-butírico
(GABA). Existe en altas concentraciones en todo el SNC, ejerciendo funciones de
excitación e inhibición de las neuronas. Bajos niveles de L-glutamato implican una
disminución del rendimiento, tanto físico como mental.
GABA
- El ácido gama-amino-butírico, uno de los neurotransmisores más investigados,
tiene una acción predominante inhibitoria sobre el SNC y ejerce un papel
importante en los procesos de relajación, sedación y del sueño.
OBSERVACIONES
La electroquímica es una ciencia que tiene una gran área de estudio, debido a que
hay una gran cantidad de procesos incluso en el cuerpo que son electroquímicos,
como lo es la manera en la que funciona el sistema nervioso de los seres
humanos, por lo cual es muy importante conocer los fundamentos y algunas
aplicaciones de este tipo de procesos.
Por otra parte el concepto de Electroquímica implica transformaciones que
requieren la presencia de electrodos. Dos electrodos sumergidos en un electrólito
y unidos externamente por un conductor metálico forman lo que se conoce como
celda electroquímica.
Sin embargo, los métodos electroquímicos son rápidos, de fácil control automático
y resultan en buenos rendimientos. En la simplicidad de trabajo no se forman
subproductos que luego deban ser eliminados al aislar y purificar la droga
deseada, evitándose operaciones de extracción lo que disminuye el costo de
fabricación. Existe una mayor eficiencia que con reactivos químicos oxidantes o
reductores convencionales.
CONCLUSION
La química electro analítica abarca un grupo de métodos analíticos cuantitativos
basados en las propiedades eléctricas de una disolución de analito cuando forme
parte de una celda electroquímica. Las técnicas electro analíticas son capaces de
proporcionar limites de detección excepcionalmente bajos y abundante
información de caracterización que describe los sistemas tratables
electroquímicamente. Tal información incluye la estequiometria y la velocidad de
transferencia de carga interfacial, la transferencia de masa, la extensión de la
adsorción o de la quimiosorcion y de las constantes de velocidad y de equilibrio de
reacciones químicas.
Los métodos electro analíticos tienen cierta ventaja ya que en primer lugar, las
medidas electroquímicas son a menudo especificas para un estado de oxidación
particular de un elemento. Por ejemplo los métodos electroquímicos hacen posible
la determinación de la mezcla de cerio (III) y de cerio (IV), mientras que otras
técnicas determinan la concentración total del cerio.
Otra característica de ciertos métodos electroquímicos que puede ser desventaja/
ventaja, es que proporcionan información sobre las actividades en vez de las
concentraciones de las especies químicas. Normalmente, en estudios fisiológicos,
las actividades de iones tales como el calcio o el potasio son de mayor significado
que las concentraciones.
BIBLIOGRAFIA
Barrios, J. A. (s.f.). “Síntesis electroquímica de Monocristales de Fuleruros de
Metales de Transición y Estudio de sus Propiedades Físicas”. cinvestav-ipn.
Luz, R. R. (2012). aplicaciones en la industria farmaceutica. chilpan edo, de
mexico.
FIGURA . Pila de Daniell
UN PRIMER CURSO DE INGENIERIA ELECTROQUIMICA
FRANK WALSH
EDITORIAL CLUB UNIVERSITARIO
ESPAÑA, 2000
PAG 1-2 y el total es 395
INGENIERIA ELECTROQUIMICA
C.L. MANTELL
EDITORIAL REVERTÉ S.A.
4TA EDICION
ESPAÑA, 2003
PAG 3 y el total es 665