martes, 4 de junio de 2013

4.7.6 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 macrociclos para formar una especie de cadena, con cada macro ciclos tomando el papel de un eslabón. Los Rotaxanos son estructuras con una molécula en forma de mancuerna rodeada en el centro por un macrociclos

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. La idea de producir motores moleculares con este tipo de estructuras proviene del estudio del mecanismo de la contracción muscular. En las células musculares existen arreglos en forma de fibras, con un filamento de miosina rodeado de filamentos de actina. El movimiento ocurre por deslizamiento de los filamentos impulsado por la hidrólisis del ATP. Haciendo una analogía con esta función biológica, se han preparado estructuras moleculares que presenten este tipo de movimiento. Uno de los sistemas más prometedores son los polipirroles que permiten doblar un polímero sólido en una dirección u otra dependiendo de la corriente eléctrica aplicada. Los rotoxanos se basan en el mecanismo de los sarcómeros del músculo, y el ciclo central no permite que la cadena en forma de mancuerna se deslice completamente fuera del sistema. 

Sin embargo un método químico interesante consiste en el intercambio de centros metálicos en un catenano. Para esto es importante que los ciclos tengan varios átomos donadores. Es posible intercambiar un ion metálico con un número de coordinación por otro con mayor número de coordinación (por ejemplo Cu(I) y Zn(II)). Esto produce un movimiento de estiramiento y contracción.












4.7.5 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. 

Objetivo

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 habló también sobre la electrolisis, los procesos de óxido - 

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.

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.


Las baterías no han perdido vigencia tecnológica por el contrario, 

cada día se perfecciona, ya en la actualidad se habla de sistemas 

híbridos, de motores de combustión con sistemas de baterías, que 

pronto serán una realidad en nuestras calles.

Este experimento tiene como propósito ilustrar o sencillo que es 

una batería, una simple reacción química que produce energía. Pero 

a su vez dar luces que si la crisis energética se agudiza, pronto 

deberemos buscar fuentes de energía alternas para no depender del 

combustible fósil (petróleo)


Una batería es un dispositivo electroquímico el cual almacena 
energía en forma química. Cuando se conecta a un circuito 
eléctrico, la energía química se transforma en energía eléctrica. 

Todas las baterías son similares en su construcción y están compuestas por un número de celdas electroquímicas. Cada una de estas celdas está compuesta de un electrodo positivo y otro negativo además de un separador. Cuando la batería se está descargando un cambio electroquímico se está produciendo entre los diferentes materiales en los dos electrodos.   Los electrones son transportados entre el electrodo positivo y negativo vía un circuito externo (bombillas, motores de arranque etc.

4.7.4 Eléctron depósito (cálculo de eléctron depósito).


Electro deposito (calculo de electro deposito).

La galvanoplastia es un proceso mediante el cual se recubre un 
objeto con un metal, gracias al paso de una corriente eléctrica por una celda electroquímica. Es un depósito de una capa metálica sobre un material no metálico.

La galnostegia es un depósito de una capa metálica sobre un metal

Los objetivos de este depósito es el de protección y decoración.


Un electro depósito se puede obtener bajo las siguientes 
características:
1.- uniformidad de depósito
2.- brillo
3.- dureza
4.- rugosidad
5.- adherencia
6.- no adherencia
7.- quemado
Para un buen depósito electrolítico es importante la limpieza. Las sustancias a eliminar son:

1.- óxidos y productos de corrosión
2.- sustancias orgánicas (grasas y aceites)
3.- astillas metálicas


4.7.3 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 son Cu2+/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. De acuerdo a lo anterior, se puede afirmar que las reacciones en la celda Daniell serán:

Cu2+ + 2e- Cu0
Zn0 - 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 que las 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.

4.7.2 Fuerza electromotriz (fem) en una celda electroquímica.



Una celda electroquímica es un dispositivo capaz de obtener energía eléctrica a partir de reacciones químicas, o bien, de producir reacciones químicas a través de la introducción de energía eléctrica. Un ejemplo común de celda electroquímica es la "pila" estándar de 1,5 voltios. En realidad, una "pila" es una celda galvánica simple, mientras una batería consta de varias celdas conectadas en serie.
Principales tipos
Las celdas o células galvánicas se clasifican en dos grandes categorías:
  • Las células primarias transforman la energía química en energía eléctrica, de manera irreversible (dentro de los límites de la práctica). Cuando se agota la cantidad inicial de reactivos presentes en la pila, la energía no puede ser fácilmente restaurada o devuelta a la celda electroquímica por medios eléctricos.2
  • Las células secundarias pueden ser recargadas, es decir, que pueden revertir sus reacciones químicas mediante el suministro de energía eléctrica a la celda, hasta el restablecimiento de su composición original
Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado. 

A. Circuito eléctrico abierto (sin carga o resistencia) Por tanto, no se establece la circulación de la corriente eléctrica desde la fuente de FEM (La batería en este caso). 

B. Circuito eléctrico cerrado, con una carga o resistencia

Que emplean como electrodos placas de plomo y como electrolito ácido sulfúrico mezclado con agua destilada. 

Máquinas electromagnéticas. Generan energía eléctrica utilizando medios magnéticos y mecánicos, Es el caso de las dinamos y generadores pequeños utilizados en vehículos automotores, plantas eléctricas portátiles y otros usos diversos, así como los de gran tamaño empleado en las centrales hidráulicas, térmicas y atómicas, que suministran energía eléctrica a industrias y ciudades. 
¿QUÉ ES LA FEM? 
Celdas fotovoltaicas o fotoeléctricas. Llamadas también 
celdas solares, transforman en energía eléctrica la luz - natural del Sol o la de una fuente de luz artificial que incida sobre éstas. Su principal componente es el silicio (Si). Uno de los empleos más generalizados en todo el mundo de las celdas voltaicas es en el encendido automático de las luces del alumbrado público en las ciudades.

4.7.1 Reacción óxido reducción en electroquímica.


Las reacciones de reducción-oxidación son las reacciones de 
transferencia de electrones. Esta transferencia se produce entre un conjunto de elementos químicos, uno oxidante y uno reductor (una forma reducida y una forma oxidada respectivamente). En dichas reacciones la energía liberada de una reacción espontánea se convierte en electricidad o bien se puede aprovechar para inducir una reacción química no espontánea.

Prácticamente todos los procesos que proporcionan energía para calentar cosas, dar potencia a los vehículos y permiten que las personas trabajen y jueguen dependen de reacciones de óxido-reducción. Cada vez que se enciende un automóvil o una calculadora, se mira un reloj digital o se escucha radio en la playa, se depende de una reacción de óxido-reducción que da potencia a las baterías que usan estos dispositivos.

Artículo principal: Reducción-oxidación.

Las reacciones de reducción-oxidación son las reacciones de 
transferencia de electrones. Esta transferencia se produce entre un conjunto de elementos químicos, uno oxidante y uno reductor (una forma reducida y una forma oxidada respectivamente). En dichas reacciones la energía liberada de una reacción espontánea se convierte en electricidad o bien se puede aprovechar para inducir una reacción química no espontánea.

Balanceo de las ecuaciones Redox

Las reacciones electroquímicas se pueden balancear por el método ion-electrón donde la reacción global se divide en dos semirreacciones (una de oxidación y otra de reducción), se efectúa el balance de carga y elemento, agregando H+, OH−, H2O y/o electrones para compensar los cambios de oxidación. Antes de empezar a balancear se tiene que determinar en que medio ocurre la reacción, debido a que se procede de una manera en particular para cada medio.


Electroquímica es una rama de la química que estudia la 
transformación entre la energía eléctrica y la energía química.1 En otras palabras, las reacciones químicas que se dan en la interface de un conductor eléctrico (llamado electrodo, que puede ser un metal o un semiconductor) y un conductor iónico (el electrolito) pudiendo ser una disolución y en algunos casos especiales, un sólido

4.7 Cálculos estequiométricos con reacciones químicas.



La fabricación de productos químicos es uno de los esfuerzos industriales más grandes del mundo. Las industrias químicas son la base de cualquier sociedad industrial. Dependemos de ellas respecto a productos que utilizamos a diario como gasolina y lubricantes de la industria del petróleo; alimentos y medicinas de la industria alimentaria; telas y ropa de las industrias textiles. Estas son sólo unos cuantos ejemplos pero casi todo lo que compramos diariamente se fabrica mediante algún proceso químico o al menos incluye el uso de productos químicos. Por razones económicas los procesos químicos y la producción de sustancias químicas deben realizarse con el menor desperdicio posible, lo que se conoce como "optimización de procesos". Cuando se tiene una reacción química, el Químico se interesa en la cantidad de producto que puede formarse a partir de cantidades establecidas de reactivos. Esto también es importante en la mayoría de las aplicaciones de las reacciones, tanto en la investigación como en la industria.

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 estequiometricos.


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.