Nano química propiedades fisicoquímicas no convencionales de polímeros Catenanos y Rotaxanos

Nano química propiedades fisicoquímicas no convencionales de polímeros Catenanos y Rotaxanos

Un campo de investigación reciente y muy interesante es el de las máquinas moleculares. Inspirándose en la mecánica biológica, muchos han buscado formar sistemas moleculares en movimiento para generar trabajo que promete tener muchas aplicaciones. De interés especial para estos propósitos son un tipo de moléculas llamadas catenanos y rotaxanos. Los catenanos son estructuras formadas por la interconexión de dos o más macro ciclos para formar una especie de cadena, con cada macro ciclo tomando el papel de un eslabón. Los rotaxanos son estructuras con una molécula en forma de mancuerna rodeada en el centro por un macro ciclo

Los primeros catenanos y rotaxanos fueron sintetizados en la década de 1960, pero no fue sino hasta hace unos años que se empezaron a considerar estas estructuras como posibles fuentes de una aplicación importante. Al principio, la síntesis de este tipo de estructuras era muy difícil ya que se utilizaban únicamente fuerzas intermoleculares e interacciones ácido-base para dirigir la reacción. Sin embargo, en la actualidad ya no existen ese tipo de impedimentos ya que se han diseñado métodos de síntesis que incorporan metales de transición para dirigir la reacción. Uno de los metales más empleados para esto es el cobre en estado de oxidación (I). Las estrategias más comunes consisten en formar un complejo con fragmentos coordinantes acíclicos para luego cerrar los fragmentos mediante una reacción de sustitución u otro tipo de reacción. El centro metálico puede ser removido posteriormente formando una sal insoluble con otro ligante para obtener el catenano libre.

Aplicaciones de electroquímica en electrónica

Aplicaciones de electroquímica en electrónica

La electroquímica, rama de la química que estudia las interrelaciones entre los procesos químicos y los procesos eléctricos.
El flujo de electrones desde un punto a otro se llama corriente eléctrica. Cuando la concentración de electrones se iguala en ambos puntos, cesa la corriente eléctrica.
 El material por el cual fluyen los electrones se denomina conductor.
Los conductores pueden ser de dos tipos: conductores electrónicos o metálicos, y los conductores electrolíticos. La conducción tiene lugar por la migración directa de los electrones a través del conductor bajo la influencia de un potencial aplicado.
El punto principal del presente trabajo, será la electroquímica, las aplicaciones que esta posee, cuáles son sus unidades fundamentales.

Los procesos químicos son de una relativa importancia tanto a nivel industrial como a nivel ecológico y natural.
Con el desarrollo del trabajo presentado pudimos conocer un poco más sobre la electroquímica y su funcionamiento, también la aplicación que esta tiene a nivel industrial y comercial. También sobre los puntos relacionados con la electroquímica.
Se hablo también sobre la electrolisis, los procesos de oxido - reducción y su importancia a nivel industrial.
1. Demostrar que las reacciones químicas producen energía y que esta energía es electricidad.
2. Que estas reacciones químicas son reacciones de oxidación y otras de reducción.
3. Demostrar con sencillo ejemplo la fabricación de una batería casera.
4. Otras fuentes que desarrollan energía.

Ejemplo:

Aplicaciones de electroquímica en la electrónica

Las baterías o pilas como comúnmente se les conoce, tiene más de 200 años de existencia, desde su primer modelo primitivo hasta lo modernos productos que existen en la actualidad, como pilas alcalinas, pilas recargables, etc.

Electro depósito (cálculo de electro depósito)

Electro depósito (cálculo de electro depósito)

La electrodeposición, o galvanoplastia, es un proceso electroquímico de chapado donde los cationes metálicos contenidos

en una solución acuosa se depositan en una capa sobre un objeto conductor. El proceso utiliza una corriente eléctrica para reducir sobre la superficie del cátodo los cationes contenidos en una solución acuosa. Al ser reducidos los cationes precipitan sobre la superficie creando un recubrimiento. El espesor dependerá de varios factores.

La electro posición se utiliza principalmente para conferir una capa con una propiedad deseada (por ejemplo, resistencia a la abrasión y al desgaste, protección frente a la corrosión, la necesidad de lubricación, cualidades estéticas, etc.) a una superficie que de otro modo carece de esa propiedad. Otra aplicación de la electro posición es recrecer el espesor de las piezas desgastadas p.e. mediante el cromo duro.

Su funcionamiento es el antagónico al de una celda galvánica, que utiliza una reacción redox para obtener una corriente eléctrica. La pieza que se desea recubrir se sitúa en el cátodo del circuito, mientras que el ánodo es del metal con el que se desea recubrir la pieza. El metal del ánodo se va consumiendo, reponiendo el depositado.1 En otros procesos de electrodeposición donde se emplea un ánodo no consumible, como los de plomo o grafito, los iones del metal que se deposita debe ser periódicamente repuestos en el baño a medida que se extraen de la solución

Calculo de la fem y potenciales de óxido reducción

Calculo de la fem y potenciales de óxido reducción

Una de las celdas galvánicas más conocidas es la llamada celda Daniell. Consta de dos semi celdas separadas por un vidrio poroso o puente salino. En una de ellas se coloca un electrodo de cobre y una solución 1 molar de sulfato de cobre, mientras que en la otra se coloca un electrodo de zinc en una solución 1 molar de sulfato de zinc. Al unir los electrodos mediante un medidor potencial, se determina que la celda genera un potencial máximo de 1.1 volts, denominado fuerza electromotriz (fem).Este valor puede ser calculado con base en las reacciones químicas que tienen lugar en la celda y el potencial estándar asociado a estas reacciones. En este caso, los pares sonCu2+/Cu0 y Zn2+/Zn0.Un potencial más positivo indica una mayor tendencia de las especies a ganar electrones, esto es, a reducirse. En cambio, a medida que un potencial es más negativo (o menos positivo) se tiene una mayor tendencia a la oxidación, o sea a la pérdida de electrones. Deacuerdo a lo anterior, se puede afirmar que las reacciones en la celda Daniell seran: Cu2+ + 2e- Cu0Zn0 - 2e- Zn2+La fem de una celda se calcula mediante la relación: fem = Potencial más positivo — Potencial más negativo, sin cambiar nunca los valores reportados en la tabla a menos quelas condiciones de concentración, presión o temperatura sean diferentes a las estándar.

Potencial de oxidación-reducción

El término potencial de oxidación reducción, o potencial redox, se refiere al potencial que se establece entre un electrodo inerte, por ejemplo, de platino o de oro, y una disolución de las formas oxidada y reducida de un ion. La oxidación consiste en una pérdida de electrones, y la reducción en una ganancia de electrones; la ecuación de oxidación-reducción se escribe así:

Fuerza electromotriz (fem) en una celda electroquímica

Fuerza electromotriz (fem) en una celda electroquímica

Las celdas electroquímicas fueron desarrolladas a finales del siglo XVIII por los científicos Luigi Galvani y Allesandro Volta por lo que también se las denomina celda galvánica o voltaica en su honor.

Una celda electroquímica es un dispositivo experimental por el cual se puede generar electricidad mediante una reacción química (celda Galvánica). O por el contrario, se produce una reacción química al suministrar una energía eléctrica al sistema (celda Electrolítica). Estos procesos electroquímicos son conocidos como “reacciones electroquímicas” o “reacción redox” donde se produce una transferencia de electrones de una sustancia a otra, son reacciones de oxidación-reducción.

La celda electroquímica consta de dos electrodos, sumergidos en sendas disoluciones apropiadas, unidos por un puente salino y conectado por un voltímetro que permite el paso de los electrones.

Sus componentes característicos son:

1. Ánodo: Es el electrodo sobre el que se produce la oxidación. El agente reductor pierde electrones y por tanto se oxida.

M ———> M+ + 1e-

Por convenio se define como el polo negativo.

2. Cátodo: Es el electrodo sobre el que se produce la reducción. El agente oxidante gana electrones y por tanto se reduce.

M+ + 1e- ———> M

Por convenio se define como el polo positivo.

3. Puente Salino: Es un Tubo de vidrio relleno de un electrolito que impide la migración rápida de las sustancias de una celda a otra, permitiendo no obstante el contacto eléctrico entre ambas. El electrolito suele ser una disolución saturada de KCl retenida mediante un gel.

4. Voltímetro: Permite el paso de los electrones cerrando el circuito. Mide la diferencia de potencial eléctrico entre el ánodo y el cátodo siendo la lectura el valor del voltaje de la celda.

Tipos de celdas electroquímicas:

1. Celda Galvánica.

• Permite obtener energía eléctrica a partir de un proceso químico

• La reacción química se produce de modo espontáneo• Son las llamadas pilas voltaicas o baterías.

2. Celda electrolítica.

• La reacción no se da de forma espontánea.

• No se obtiene energía eléctrica. La aplicación de una fuente de energía externa produce una reacción química.

CIRCULACIÓN DE LA CORRIENTE:

La electricidad se transporta en una celda a través de 3 mecanismos:

a. Conducción por los electrones en el electrodo.

b. Conducción iónica. Los cationes (cargas positivas) y aniones (cargas negativas) transportan electricidad por el interior de la celda.

c. Acoplamiento de la conducción iónica en la disolución con la conducción de los electrones en los electrodos. Son las reacciones de oxidación-reducción que se producen.

Cálculos estequiométricos con reacciones químicas

En una reacción química siempre se conserva la masa, de ahí que una cantidad específica de reactivos al reaccionar, formará productos cuya masa será igual a la de los reactivos. Al químico le interesa entonces la relación que guardan entre sí las masas de los reactivos y los productos individualmente.

Los cálculos que comprenden estas relaciones de masa se conocen como cálculos estequiométricos.

 La estequiometria es el concepto usado para designar a la parte de la química que estudia las relaciones cuantitativas de las sustancias y sus reacciones. En su origen etimológico, se compone de dos raíces, estequio que se refiere a las partes o elementos de los compuestos y metría, que dice sobre la medida de las masas.

Cuando se expresa una reacción, la primera condición para los cálculos estequimétricos es que se encuentre balanceada, por ejemplo:

Mg + O₂ ® MgO
2 Mg + O₂ ® 2 MgO     Reacción balanceada

La reacción anterior se lee como: 2 ATG de Magnesio reaccionan con un mol de Oxígeno y producen 2 moles de Oxido de magnesio (reacción de síntesis)
    2ATG Mg = 49 g             1 mol de O₂ = 32 g           2 moles de MgO = 81g

 

49 g	+	32 g	=	81 g
2Mg	+	O2	®	2 MgO

               

Lo que demuestra la ley de Lavoisiere " la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma " , cuando reaccionan 49g más 32g y se producen 81 g

¿Cómo se realizan los cálculos estequiométricos?
 

ATG

MOLES

No. DE ATOMOS y No. DE MOLÉCULAS

VOLUMEN MOLAR

REACTIVOS O PRODUCTOS

                      REACTIVO LIMITANTE.

Reacción de Óxido-Reducción

Reacción de Óxido-Reducción

 Son aquellas en las que se produce un cambio en el numero de oxidación

      

(valencia) de un elemento EJ: 2Fe + 6HCL ---- 2FeCL + 3H2