¿Qué es un proceso electroquímico?

Un proceso electroquímico es una reacción química que causa o es causada por el movimiento de la corriente eléctrica. Estos procesos son un tipo de reacción de oxidación-reducción en la cual un átomo o molécula pierde un electrón a otro átomo o molécula. En las reacciones electroquímicas, los átomos o las moléculas en la reacción están relativamente separados entre sí en comparación con otras reacciones, lo que obliga a los electrones que se transfieren a recorrer una distancia mayor y, por lo tanto, producen una corriente eléctrica. Muchos fenómenos naturales se basan en procesos electroquímicos, como la corrosión de los metales, la capacidad de algunas criaturas marinas para generar campos eléctricos y el funcionamiento del sistema nervioso de los humanos y otros animales. También juegan un papel importante en la tecnología moderna, principalmente en el almacenamiento de energía eléctrica en baterías, y el proceso electroquímico llamado electrólisis es importante en la industria moderna.

Las actividades de los sistemas nerviosos, desde las reacciones simples y los comportamientos instintivos encontrados incluso en animales primitivos hasta las complejas habilidades de aprendizaje y razonamiento de los seres humanos, dependen de procesos electroquímicos. Las neuronas utilizan procesos electroquímicos para transmitir información a través del sistema nervioso, permitiendo que el sistema nervioso se comunique consigo mismo y con el resto del cuerpo. Para enviar una señal, los procesos químicos en la neurona generan un impulso eléctrico que se envía a través de una estructura alargada llamada axón hasta que alcanza la sinapsis, el punto de contacto entre la neurona y las células vecinas. En la sinapsis, la electricidad provoca la liberación de sustancias químicas llamadas neurotransmisores, que cruzan la sinapsis hacia la célula que se está señalando. Los neurotransmisores se unen químicamente con estructuras llamadas receptores en la célula objetivo, lo que desencadena procesos bioquímicos adicionales dentro de ella.

La capacidad de los peces, como las anguilas eléctricas, los observadores de estrellas y los rayos de torpedos para producir campos eléctricos es el resultado de un proceso electroquímico. Los peces eléctricos poseen células especializadas llamadas electrocitos. Las proteínas de transporte se unen con iones positivos de potasio y sodio en la célula y se las llevan, acumulando una carga eléctrica en la célula. Cuando se necesita esta electricidad, una parte del sistema nervioso llamada núcleo de comando medular envía un impulso eléctrico a otras células nerviosas, lo que desencadena la liberación del neurotransmisor acetilcolina. El neurotransmisor se une con los receptores de acetilcolina de los electrocitos, lo que desencadena la liberación de la carga de los electrocitos.

Las baterías eléctricas utilizan procesos electroquímicos para almacenar y liberar electricidad. Las reacciones químicas dentro de las celdas eléctricas que componen la batería crean una diferencia de carga entre las dos mitades de cada celda, produciendo corriente eléctrica. Las baterías recargables producen electricidad con reacciones químicas que son reversibles, por lo que pueden volver a su configuración química original si la electricidad se aplica desde una fuente externa. Las reacciones en las baterías no recargables no tienen esta calidad, aunque generalmente producen más energía eléctrica que la que una batería recargable puede proporcionar en una sola carga.

Una variedad de diferentes reacciones químicas se utilizan en las baterías. Las baterías de níquel-cadmio, que se usan comúnmente en luces y electrodomésticos, se basan en reacciones separadas de cadmio y níquel con una solución alcalina, generalmente una solución de hidróxido de potasio (KOH) y agua. Las baterías de hidruro de níquel-metal son similares, pero reemplazan el cadmio con un compuesto intermetálico hecho de manganeso, aluminio o cobalto mezclado con metales de tierras raras como praseodimio, lantano y cerio. Las baterías de litio pueden usar una variedad de reacciones que involucran compuestos de litio, con el tipo más común que usa dióxido de manganeso (MnO ₂ ) y una solución de perclorato de litio (LiClO ₄ ), dimetoxietano (C ₄ H ₁₀ O ₂ ) y carbonato de propileno (C ₄ H ₆ O ₃ ).

La electrólisis es un proceso electroquímico en el que la corriente eléctrica se usa para desencadenar reacciones químicas en una sustancia que contiene iones libres, llamada electrolito. El electrolito se funde o se disuelve en un solvente, y dos electrodos, llamados ánodo y cátodo, se sumergen en él. Cuando se aplica un potencial eléctrico entre los electrodos, la electricidad comienza a fluir entre ellos y cada electrodo comienza a atraer iones con el opuesto de su propia carga. Los iones ganan o pierden electrones a los electrodos, causando la oxidación de las moléculas cercanas al ánodo y la reducción de las cercanas al cátodo. La electrólisis se utiliza en muchas áreas de procesos industriales, incluida la metalurgia, la producción de productos químicos como el clorato de potasio y el ácido trifluoroacético (KClO ₃ ) (C ₂ HF ₃ O ₂ ) y la extracción de elementos altamente reactivos que no se encuentran en su forma elemental en la naturaleza, como sodio y magnesio.