electroquímico

Los procesos electroquímicos son reacciones químicas que ocurren en la interfaz entre un electrodo y un electrolito cuando la corriente eléctrica fluye a través del sistema. El electrodo (generalmente un conductor de metal o carbono) suministra o acepta electrones, mientras que el electrolito (un líquido o sólido que contiene iones) completa el circuito. Esto sucede en dos modos relacionados: electrólisis, donde la energía eléctrica externa impulsa una reacción no espontánea, y acción galvánica, donde una reacción espontánea genera corriente eléctrica.

Las aplicaciones abarcan la galvanoplastia, donde los iones metálicos en solución se reducen y depositan sobre una pieza de trabajo para crear recubrimientos protectores o decorativos; la producción de cloro-álcali, donde la electrólisis de agua salada produce gas cloro, gas hidrógeno e hidróxido de sodio simultáneamente; y la química de baterías y celdas de combustible, donde las reacciones electroquímicas controladas almacenan o liberan energía bajo demanda. La corrosión también es fundamentalmente electroquímica, y ocurre cuando metales diferentes o sitios de superficie actúan como pequeñas celdas galvánicas en presencia de humedad y oxígeno.

Las variables clave son el voltaje, la densidad de corriente (amperios por unidad de área del electrodo), la composición del electrolito, la temperatura y el material del electrodo. La densidad de corriente es crítica porque afecta la calidad de los depósitos, la selectividad de las reacciones y la eficiencia energética. En la galvanoplastia, una densidad de corriente demasiado alta produce depósitos rugosos y dendríticos; una densidad demasiado baja da como resultado tasas de recubrimiento lentas. La sobretensión, el voltaje excesivo necesario más allá del mínimo teórico, provoca pérdidas y generación de calor.

La industria electroquímica presta mucha atención a las reacciones del cátodo y el ánodo. Un cátodo (electrodo negativo) es donde ocurre la reducción, típicamente deposición de metal o evolución de hidrógeno. Un ánodo (electrodo positivo) es donde ocurre la oxidación, a menudo disolución de metal o evolución de oxígeno. Los ánodos inertes (titanio, recubiertos de platino) difieren de los ánodos activos (acero, zinc) en su comportamiento y selectividad de productos.

Los procesos electroquímicos son sensibles a la contaminación, la geometría del electrodo y la conductividad de la solución. Las impurezas en el electrolito pueden codepositarse, alterando las propiedades del recubrimiento o causando fragilidad. El espaciado y la forma de los electrodos determinan la distribución de la corriente, afectando la uniformidad. Una conductividad deficiente aumenta el consumo de energía y el calor sin mejorar la velocidad de reacción.

El término refleja el acoplamiento de dos disciplinas: la electricidad proporciona la fuerza impulsora o recolecta la energía de la química misma. Esto hace que el trabajo electroquímico sea preciso, controlable y, a menudo, escalable desde celdas de laboratorio hasta cubas industriales que contienen miles de galones.