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La electroquímica como disciplina tiene retos muy importantes en el presente siglo como encontrar maneras eficientes para la generación y almacenamiento de energía eléctrica. Mejorar los procesos electroquímicos y ayudar a comprender los rincones aún desconocidos de la materia
Desarrollo de la electroquímica cuántica
El primer desarrollo de la «electroquímica cuántica» es algo difícil de precisar. Esto no es sorprendente, ya que el desarrollo de la mecánica cuántica en la química se puede resumir como la aplicación de modelos de la teoría cuántica de ondas a átomos y moléculas. Dado que la electroquímica se ocupa especialmente de los estados electrónicos de algún sistema en particular, ya está, por su naturaleza, vinculada al modelo cuántico-mecánico del electrón en la química cuántica.
Hubo defensores de la electroquímica cuántica que aplicaron la mecánica cuántica a la electroquímica con un entusiasmo, claridad y precisión inusuales. Entre ellos se encuentran Revaz Dogonadze y sus colaboradores. Desarrollaron uno de los primeros modelos mecánicos cuánticos para reacciones de transferencia de protones en sistemas químicos.
Dogonadze es un promotor especialmente destacado de la electroquímica cuántica y también se le atribuye la creación de una escuela internacional de verano de electroquímica cuántica centrada en Yugoslavia. Fue el autor principal de la Teoría Cuántico-Mecánica de la Cinética del Acto Elemental de Procesos Químicos, Electroquímicos y Bioquímicos en Líquidos Polares.
Otro contribuyente importante es Rudolph A. Marcus, quien ganó el Premio Nobel de Química en 1992 por su Teoría de las Reacciones de Transferencia de Electrones en Sistemas Químicos.
Recientemente, se ha demostrado que la teoría de Marcus es parte de un concepto más general asociado con la teoría cuántica de velocidad, una teoría que predice la velocidad de transferencia de electrones (siendo la electroquímica un caso particular) basada en el uso de conceptos de conductancia y capacitancia cuánticas.
Electroquímica orgánica
La electroquímica orgánica es una rama de la ciencia que se ocupa del estudio de la oxidación y reducción de moléculas orgánicas en electrodos. La historia de la electroquímica orgánica se remonta al siglo XIX, cuando se desarrollaron los procesos Hall-Héroult y cloroálcali para realizar la electrólisis de cloruro de sodio acuoso y Al2O3, respectivamente.
Sin embargo, la primera electrosíntesis orgánica fue realizada y analizada por Hermann Kolbe en 1848. A principios del siglo XX, la reducción electroquímica de compuestos orgánicos se utilizó para producir una variedad de productos químicos industriales, incluidos el ácido adípico, la antraquinona y el ácido ftálico.
En la década de 1960, el uso de la electroquímica orgánica en la química orgánica sintética comenzó a ganar impulso. El desarrollo de nuevos materiales de electrodo y el descubrimiento de nuevas reacciones electroquímicas llevaron a la aparición de nuevos métodos sintéticos. El uso de la electroquímica en la síntesis orgánica ha crecido rápidamente en los últimos años, compensando la evolución relativamente constante de ayer.
La creciente motivación para desarrollar métodos sintéticos más limpios y rentables ha llevado a los químicos a buscar nuevas formas de activar las moléculas orgánicas. La electrosíntesis se considera una de las herramientas más baratas y respetuosas con el medio ambiente, ya que permite llevar a cabo las oxidaciones y/o reducciones sin necesidad de reactivos químicos adicionales. La reducción de etapas conduce a ahorros de energía y también es beneficiosa para la evaluación ambiental y económica de la fabricación.
La electroquímica orgánica se ha utilizado en la síntesis de una amplia gama de compuestos orgánicos, incluidos productos naturales, productos farmacéuticos y agroquímicos. La electroquímica se ha utilizado para sintetizar moléculas complejas, como alcaloides, esteroides y terpenos, que son difíciles de sintetizar mediante métodos tradicionales.
También se ha utilizado la electroquímica para sintetizar compuestos quirales, que son importantes en la industria farmacéutica. El uso de la electroquímica en la síntesis orgánica ha crecido rápidamente en los últimos años, compensando la evolución relativamente constante de ayer.
El uso de la electroquímica en la síntesis orgánica tiene varias ventajas sobre los métodos tradicionales. La electroquímica puede utilizarse para llevar a cabo reacciones en condiciones suaves, lo que puede conducir a mayores rendimientos y menos subproductos. También puede utilizarse para llevar a cabo reacciones de manera selectiva, lo que puede dar lugar a la síntesis de moléculas complejas con alta pureza estereoquímica. Además, la electroquímica puede utilizarse para llevar a cabo reacciones difíciles o imposibles de realizar mediante métodos tradicionales.
En los últimos años, el uso de la electroquímica en la síntesis orgánica ha crecido rápidamente y se espera que continúe creciendo en el futuro. La integración de la electroquímica con otros métodos sintéticos, como la química de flujo, se espera que conduzca al desarrollo de métodos sintéticos nuevos y más eficientes. También se espera que el uso de la electroquímica en la síntesis orgánica conduzca al desarrollo de nuevos medicamentos y otros compuestos útiles.
El uso de la electroquímica en la síntesis orgánica tiene varias ventajas sobre los métodos tradicionales, como la capacidad de llevar a cabo reacciones en condiciones suaves, la capacidad de llevar a cabo reacciones de manera selectiva y la capacidad de llevar a cabo reacciones difíciles o imposibles de realizar mediante métodos tradicionales.
Conversión y almacenamiento de energía
En la década de 1950, el desarrollo de las celdas de combustible marcó otro hito significativo en la historia de la electroquímica en la conversión de energía. Las celdas de combustible son dispositivos electroquímicos que convierten la energía química de un combustible en energía eléctrica. La primera celda de combustible fue desarrollada por Francis Bacon en 19592. Desde entonces, las celdas de combustible se han utilizado en diversas aplicaciones, como la exploración espacial, el transporte y la generación de energía estacionaria.
En la década de 1970, el desarrollo de baterías recargables marcó otro hito significativo en la historia de la electroquímica en el almacenamiento de energía. Las baterías recargables son dispositivos electroquímicos que almacenan energía eléctrica en forma de energía química y pueden recargarse aplicando una corriente eléctrica externa. El desarrollo de baterías recargables ha llevado al uso generalizado de dispositivos electrónicos portátiles, como computadoras portátiles, teléfonos inteligentes y tabletas.
En los siguientes años, el desarrollo de nuevos materiales y el descubrimiento de nuevas reacciones electroquímicas han dado lugar a nuevas tecnologías de conversión y almacenamiento de energía. Por ejemplo, las baterías de iones de litio, desarrolladas por primera vez en la década de 1980, se han convertido en la tecnología dominante de baterías recargables debido a su alta densidad de energía y larga vida útil.
El empleo de la electroquímica en la conversión y almacenamiento de energía tiene varias ventajas sobre los métodos tradicionales. Los dispositivos electroquímicos pueden ser más eficientes que los dispositivos tradicionales, lo que puede llevar a ahorros de energía y costos más bajos. También pueden ser más respetuosos con el medio ambiente, ya que se pueden diseñar para producir menos contaminantes.
Remediación ambiental
La electroquímica se ha utilizado en la remediación ambiental desde principios de la década de 1960, pero fue en la segunda mitad del siglo XX cuando comenzó a ganar impulso. Los métodos electroquímicos se han utilizado para tratar aguas residuales que contienen compuestos metálicos, orgánicos e inorgánicos.
Los métodos electroquímicos se utilizan desde principios de la década de 1960 para el tratamiento de aguas residuales que contienen compuestos metálicos, orgánicos e inorgánicos. La técnica es conocida por su amplia adaptabilidad. La literatura respalda la versatilidad, eficiencia energética, compatibilidad ambiental y rentabilidad de los métodos electroquímicos para la remediación de contaminantes.
En la segunda mitad del siglo XX, los métodos electroquímicos se utilizaron para remediar una variedad de contaminantes ambientales. Se utilizaron métodos electroquímicos para remediar metales pesados, como plomo, cadmio y mercurio, que son tóxicos y pueden acumularse en el medio ambiente.
También se utilizaron métodos electroquímicos para remediar contaminantes orgánicos, como los bifenilos policlorados (PCB), que son persistentes y pueden acumularse en el medio ambiente. Además, se utilizaron métodos electroquímicos para remediar contaminantes inorgánicos, como nitratos y fosfatos, que pueden causar eutrofización y otros problemas ambientales.
En los últimos años, los métodos electroquímicos se han utilizado para remediar una variedad de contaminantes ambientales, incluidos contaminantes emergentes, como productos farmacéuticos y productos de cuidado personal. Los métodos electroquímicos se han utilizado para eliminar estos contaminantes de las aguas residuales y otras matrices ambientales. También se han utilizado métodos electroquímicos para remediar suelos y sedimentos contaminados.
El uso de métodos electroquímicos en la remediación ambiental tiene varias ventajas sobre los métodos tradicionales. Los métodos electroquímicos pueden ser más eficientes que los métodos tradicionales, lo que puede conducir a ahorros de energía y costos más bajos. También pueden ser más respetuosos con el medio ambiente que los métodos tradicionales, ya que se pueden diseñar para producir menos contaminantes. Además, los métodos electroquímicos pueden ser más selectivos que los métodos tradicionales, lo que puede llevar a la remediación de contaminantes específicos sin afectar a otros componentes del medio ambiente.
Sensores electroquímicos
Los sensores electroquímicos han sido deseables para la investigación de especies biológicas, ambientales, industriales y farmacológicas, no solo por su confiabilidad a largo plazo, alta sensibilidad y precisión, sino también por su bajo costo, velocidad y facilidad de reducción de tamaño.
La historia de los sensores electroquímicos para aplicaciones biomédicas y ambientales se remonta a la década de 1960, cuando se desarrolló el primer sensor de glucosa por Leland Clark y Ann Lyons2. Desde entonces, los sensores electroquímicos se han utilizado en una variedad de aplicaciones, incluida la detección de glucosa, colesterol y contaminantes ambientales.
En los últimos años, el desarrollo de nuevos materiales y el descubrimiento de nuevas reacciones electroquímicas han llevado a la aparición de nuevos sensores electroquímicos para aplicaciones biomédicas y ambientales. Los sensores electroquímicos se han utilizado para detectar una amplia gama de analitos, incluidos glucosa, colesterol y contaminantes ambientales. También se han utilizado para detectar biomoléculas, como ADN y proteínas, que son importantes en el diagnóstico de enfermedades.
El uso de sensores electroquímicos en aplicaciones biomédicas tiene varias ventajas sobre los métodos tradicionales. Los sensores electroquímicos pueden ser más sensibles y selectivos que los métodos tradicionales, lo que puede llevar a una detección más temprana de enfermedades y diagnósticos más precisos. También pueden ser más rentables que los métodos tradicionales, ya que se pueden producir en grandes cantidades a bajo costo.
El uso de sensores electroquímicos en aplicaciones ambientales también tiene varias ventajas sobre los métodos tradicionales. Los sensores electroquímicos pueden ser más eficientes y precisos que los métodos tradicionales, lo que puede llevar a un mejor monitoreo de contaminantes ambientales. También pueden ser más rentables que los métodos tradicionales, ya que se pueden producir en grandes cantidades a bajo costo.
Para más información Wiring up organic synthesis
Historia de la electroquímica
- 1. Inicios de la electroquímica
- 2. Comprendiendo la electricidad
- 3. Primeros procesos electroquímicos
- 4. La electroquímica en el descubrimiento de elementos
- 5. Electricidad, calor y resistencia
- 6. Propiedades y primeras baterías
- 7. Síntesis electrolítica
- 8. Finales del siglo XIX
- 9. Comienzos del siglo XX
- 10. Electroquímica del siglo XXI
Como citar este artículo:
APA: (2024-07-04). 10. Electroquímica del siglo XXI. Recuperado de https://quimicafacil.net/historia_electroquimica/10-electroquimica-del-siglo-xxi/
ACS: . 10. Electroquímica del siglo XXI. https://quimicafacil.net/historia_electroquimica/10-electroquimica-del-siglo-xxi/. Fecha de consulta 2025-06-18.
IEEE: , "10. Electroquímica del siglo XXI," https://quimicafacil.net/historia_electroquimica/10-electroquimica-del-siglo-xxi/, fecha de consulta 2025-06-18.
Vancouver: . 10. Electroquímica del siglo XXI. [Internet]. 2024-07-04 [citado 2025-06-18]. Disponible en: https://quimicafacil.net/historia_electroquimica/10-electroquimica-del-siglo-xxi/.
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