ANEXOS

Pamela Andrea Cano M.- Katherine Zuluaga M

I

ANEXO A

GUIA PARA LA DETERMINACIN DE LA ENTALPIA DE

COMBUSTIN CON UNA BOMBA CALORIMTRICA


II

DETERMINACIN DE LA ENTALPIA DE COMBUSTIN CON UNA BOMBA

CALORIMTRICA

1. OBJETIVO.

El objetivo de la presente prctica es que el estudiante una vez realizada y

analizada, estar en capacidad de:

Identificar los elementos que constituyen una bomba calorimtrica

adiabtica.

Definir las propiedades termodinmicas involucradas en la presente

prctica y sus aplicaciones.

Realizar la calibracin de la bomba calorimtrica determinando la

capacidad calorfica del calormetro.

Determinar la entalpia de combustin de los compuestos analizados.

2. ASPECTOS TEORICOS.

En cada reaccin qumica hay un cambio en la energa interna y en la

entalpia de las sustancias que participan. El calor puede ser absorbido o

liberado (reaccin endotrmica o exotrmica). Junto a esto, una reaccin

qumica puede realizar un trabajo de volumen.

Si slo se quiere examinar el cambio en el calor, entonces se debe eliminar

el rendimiento de trabajo, es decir, mediante la realizacin de la reaccin a

volumen constante.

El calor que se absorbe o se libera en la transformacin de una sustancia de acuerdo con la frmula de reaccin se denomina el calor de reaccin. La entalpa se llama la entalpa de reaccin RH a presin constante, y la

energa RU de reaccin a volumen constante.

La reaccin se lleva a cabo en una bomba calorimtrica para que el calor

convertido pueda ser medido. El volumen se mantiene constante.

De acuerdo con la primera ley de la termodinmica, el cambio en el interior

de la energa es igual a la suma de la energa suministrada, o removida del

sistema en la forma de trabajo W y calor Q.

(1)

Como no se realiza trabajo de volumen, W = 0 y se tiene:

(2)


III

A presin constante, la entalpia y la energa interna son diferenciadas por el

trabajo de volumen:

(3)

Como en este caso no se realiza trabajo de volumen, la energa y la

entalpia de reaccin son del mismo valor:

(4)

De acuerdo a la ley de Hess, el calor absorbido o liberado a partir de un

sistema es independiente de la ruta de la reaccin. Esta ley permite calcular

el calor de reaccin para las reacciones en las que la medicin directa es

difcil. La entalpa de combustin permite que la entalpa de formacin BH

sea calculada. Con este fin, el proceso completo se puede dividir en pasos

parciales. La entalpa de formacin es entonces igual a la diferencia entre

las sumas de las entalpas de combustin de los elementos CHE y la

entalpa de combustin del compuesto CHi.

(5)

La siguiente reaccin es valida para la combustin del naftaleno:

En este caso es la suma estequiometrica de las entalpias de

combustin de todos los elementos contenidos en el naftaleno, por ejemplo,

carbn e hidrogeno. Estos valores corresponden a la recopilacin de las

entalpias de formacin estndar de CO2 (-393,77 kJ/mol) y H2O (-286,17

kJ/mol). La entalpia de combustin del naftaleno puede ser

calculada usando:

(6)

Donde,

, capacidad calorfica del calormetro

, masa del naftaleno

, masa molar del naftaleno


IV

, entalpia molar de combustin del naftaleno

, diferencia de temperatura durante la combustin del naftaleno

El cido benzoico es quemado para determinar la capacidad calorfica del

calormetro. El calor absorbido por el calormetro es.

(7)

Donde,

, entalpia de combustin molar del acido de benzoico (-3231,5 kJ/mol)

, masa de acido benzoico

, masa molar de acido benzoico

La capacidad calorfica del sistema es calculada de acuerdo a:

(8)

3. PROCEDIMIENTO

3.1. PARTE EXPERIMENTAL.

EQUIPO:

FIGURA 1. Montaje de la bomba calorimtrica.


V

FIGURA 2. Partes de una bomba calorimtrica.

MATERIALES Y REACTIVOS

Reactivos:

Acido benzoico

Muestra problema (orgnica)

Alambre de hierro (ferronquel)

Oxigeno puro (cilindro 2000 psi)

Materiales:

Calormetro

Bomba calorimtrica

Vaso de precipitado de 1L

Vidrio reloj

Esptula

Crisol para bomba calorimtrica

Termmetro digital

Balanza analtica

Agitador magntico

Fuente de alimentacin universal


VI

3.2. PARTE OPERATIVA

Realizar el montaje del experimento como se muestra en la figura 1.

Pulverizar la sustancia a quemar en un mortero. Posteriormente pesar aproximadamente 400 mg. Cortar una longitud de unos 10 cm de largo del alambre de hierro. Colocarlo en las ranuras de gua de la prensa de tal manera que un pequeo bucle est formado en el medio para proporcionar un buen agarre en el sedimento. El calor de combustin del alambre de hierro puede despreciarse porque est presente tanto durante la calibracin as como durante la medicin real. Luego, colocar la cantidad pesada con los dos extremos de los cables en los contactos de la tapa de la bomba calorimtrica. Para llenar la bomba calorimtrica con oxgeno, conectar el tubo de

presin del cilindro de oxgeno a la vlvula reductora y asegurarlo

con una abrazadera. Empujar el accesorio en el tubo de presin,

dispositivo de acoplamiento rpido de la bomba calorimtrica. Abrir el

control de la vlvula de la bomba y establecer la vlvula reductora de

presin a una presin mxima de 10 bar. Llenar el calormetro de

bomba, cierre la vlvula de control y desconectarlo de la tubera de

presin.

Llenar el recipiente de combustin con exactamente 850 g de agua e

introducir la bomba calorimtrica sellada y sondear la temperatura de

inmersin en l. Colocar el calormetro en el agitador magntico en y

encenderlo. Conectar los tomas de contacto de la bomba

calorimtrica a la corriente alterna de la fuente de alimentacin (15

V). Esperar a que la temperatura de equilibrio se alcance

(aproximadamente 5 minutos) y luego empezar a grabar la curva

temperatura/tiempo.

Ajustar el termmetro para medir la diferencia de temperatura con el

tiempo y registrar la temperatura dos veces por minuto con una

precisin de 0,01 K. Cuando la temperatura se mantiene constante o

slo muestra una ligera deriva, encender la fuente de alimentacin

por un corto tiempo para iniciar la combustin y registrar el cambio de

temperatura. Cuando los cambios de temperatura vuelvan a ser muy

ligeros, continuar la grabacin de la curva temperatura-tiempo

durante aproximadamente 5 minutos ms. Si en el recipiente de la

muestra queda demasiado holln despus de la prueba, repetir la

medida, porque esto indica que la combustin no es completa.

Se debe determinar la diferencia de temperatura corregida T con el

fin de calcular la entalpa de combustin. Esta correccin es

necesaria debido al intercambio de calor entre el calormetro y sus


VII

alrededores. La lnea recta vertical debe colocarse de modo que las

reas sombreadas alrededor del punto de inflexin son del mismo

tamao.

Realizar las mediciones tres veces para cada sustancia. Tomar la

media de los valores medidos para minimizar cualquier azar errores.

Es aconsejable realizar alternativamente la combustin de cido

benzoico para determinar la capacidad calorfica del calormetro y la

combustin del naftaleno.

Despus de cada medicin, liberar el exceso de oxgeno y los gases

evolucionado durante la reaccin antes de abrir la bomba. Para hacer

esto, poner la bomba debajo de una campana extractora, vuelva a

conectarlo a la manguera de presin, a continuacin, abra

lentamente la vlvula y permitir que el gas escapar. Slo cuando todo

el gas que se ha escapado abierta la lista de materiales.

3.3. REGISTRO DE DATOS

PARMETRO RESULTADO

Masa de acido benzoico

Temperatura inicial

Tabla 1. Condiciones iniciales.


VIII

Tiempo (s) Temperatura (K) T (K)

Tabla 2. Registro de datos de cambio temperatura al aumentar el tiempo para el

cido benzoico

PARMETRO RESULTADO

Masa de holln

Temperatura final

Tabla 3. Datos obtenidos despus de la combustin

4. CALCULOS

Con base en los datos obtenidos calcular:

la capacidad calorfica del calormetro Ccal.

El calor de combustin de la muestra qcomb.

El cambio de energa interna del proceso.

El cambio de entalpia de formacin estndar de la muestra.

El cambio en la entalpia de combustin.

Graficar la temperatura en funcin del tiempo, y calcular el T, para

cada caso.

El porcentaje de error.


IX

ANEXO B

GUIA PARA LA DETERMINACIN DEL CALOR DE

FORMACIN DEL CO2 Y CO (LEY DE HESS)


X

DETERMINACIN DEL CALOR DE FORMACIN DEL CO2 Y CO (LEY

DE HESS)

1. OBJETIVO.



Llevar a cabo la formacin de CO2 y CO.

Determinar el calor de formacin del CO2 y CO empleando la ley de

Hess.

Definir las propiedades termodinmicas involucradas en la presente

prctica y sus aplicaciones.

Determinar la entalpia de reaccin para la combustin de carbn u

monxido de carbono calorimtricamente.


La entalpia molar de reaccin RH caracteriza el balance de calor de las

sustancias transformadas. Esta se define como el calor de reaccin Qp = h

que se produce por una mol en la conversin (material transformado) a

presin P y temperatura T constante.

Para las conversiones espontaneas y cuantitativas, la entalpia molar de

reaccin puede ser determinada directamente usando la calorimetra. De

otra manera, esta tambin puede ser calculada usando la ley de Hess de la

suma de calor constante (la suma de las entalpias de reaccin). La entalpia

molar de formacin BH corresponde a la entalpia molar de reaccin en la

formacin directa de una mol del respectivo compuesto de los elementos en

modificacin estable (para lo cual la entalpia de formacin es cero por

definicin). La entalpia de formacin de otras sustancias a p = 1013 hPa y T

= 298 K se listan en las tablas. Por lo tanto, la entalpia de reaccin estndar

RH de cualquier reaccin arbitraria es igual a la suma estequiometrica de

las entalpias estndar de formacin RH

de los reactivos y productos,

mediante el cual las sustancias originales se introducen con un valor

estequiometrico negativo vi.


XI

Con respecto a las reacciones

La siguiente ecuacin se obtiene a partir de la ecuacin (2)

Y

La entalpia de formacin de CO2 es por lo tanto directamente igual a la

entalpia de reaccin RH1 que surge de la combustin completa de una mol

de carbono. La entalpia de formacin de CO es calculada sumando las

reacciones 1 y 2:

Figura 3: aplicacin de la ley de Hess para determinar la entalpia molar de

formacin de CO de la entalpia de combustin de carbono y monxido de

carbono.


XII

Las entalpias molar RH1 y RH2 pueden ser calculadas de los datos

experimentales usando la ecuacin (1). El cambio en la entalpia de la

reaccin del sistema h corresponde al balance trmico negativo Qcal del

calormetro el cual puede ser derivado de la ecuacin (3):

Donde,

m(H2O) = masa de agua en el calormetro

c(H2O) = capacidad calorfica del agua (4.1868 J/g*K)

Ccal = capacidad calorfica del calormetro (410 J/K)

T = T1 T2 (diferencia de temperatura en K)

Como un resultado de la expresin

La cantidad de la conversin es igual al material convertido vi de

carbono (reaccin 1) o monxido de carbono (reaccin 2) la cual puede ser

calculada usando

Donde,

m(C) = masa del carbono usado

M(C) = masa molar del carbono (12.01 g/mol)

Tambin puede ser derivada de la ecuacin general de estado para los

gases ideales (ley del gas ideal) si la temperatura T, la presin atmosfrica

p y el volumen de monxido de carbono usado son conocidos


XIII

R = constante universal de los gases (8.31441 Nm/K*mol)

3. PROCEDIMIENTO.


EQUIPO:

FIGURA 1. Montaje de formacin de CO2.


XIV

FIGURA 2. Montaje para la formacin de CO.


Reactivos:

Carbn vegetal

Oxigeno puro (cilindro 2000 psi)

Gas inflamable

cido sulfrico al 98%

cido frmico al 98%

Hidrxido de sodio en lentejas

Materiales:

Montaje de calor de formacin para CO2 y CO

Termmetro

Tubo de ensayo con tapa rosca

Pinza para tubo de ensayo

Vaso de precipitado de 1L

Probeta de 500 mL


XV

Vidrio reloj

Esptula

Mechero bunsen

Termmetro digital

Balanza analtica

Agitador magntico

Papel cermico


Realizar el montaje como se muestran en las figuras 1 y 2.

Llenar cuidadosamente con un volumen conocido de agua

(aproximadamente 500 mL) la camisa de vidrio a travs de uno de los

desprendimientos verticales (usando un embudo), teniendo en cuenta la

temperatura del agua para calcular su masa.

Poner un agitador magntico debajo de la camisa de vidrio. Preparar y

conectar el contador de burbujas. Llenar el gasmetro con 300 a 400

mL de algn gas inflamable (gas natural, hidrogeno, propano, o un gas

similar que pueda producir una llama piloto muy pequea) y conectar

con la lanza de combustin. Tambin conectar el cilindro de acero con

el oxigeno para la combustin y asegurar todas las conexiones.

Quema de carbn

Dado a que no es posible quemar las formas puras de carbono,

es decir, grafito y diamante, en un calormetro de envoltura de

vidrio, debido a los niveles de activacin de altas energas

implicadas, se quemar carbn vegetal, el cual debe ser

calentado muy fuertemente y completamente desgasificado para

ser usado. El poder calorfico de este carbn de lea es slo

insignificativamente diferente al de grafito (32682 kJ/kg

comparado con 32738 kJ/kg). Este es preparado como sigue:

usar un mortero para macerar ligeramente una pieza solida de

carbn vegetal para lograr algunas piezas de entre 0,4 y 0,7g en

tamao. Colocar las piezas en un tubo de ensayo y caliente

fuertemente en un mechero hasta que toda la humedad, todos

los residuos de alquitrn y todos los gases residuales hayan sido

eliminados. Dejar enfriar en un recipiente cerrado.


XVI

Pesar exactamente una de las piezas pre-tratadas de carbono y

colocar en la cmara de combustin sobre una tira de papel

cermico. Anotar la temperatura inicial del agua como T1.

Usar gafas oscuras para protegerse durante la combustin del

carbono para evitar ser deslumbrado.

Colocar un peso de aproximadamente 500 g en el embolo del

gasmetro para lograr una velocidad suficiente de la salida de

gas. Abrir la vlvula de control de precisin de la lanza de

combustin, encender y ajustar la llama a una longitud de 1 a 2

cm. Suministrar oxigeno y ajustar a una longitud de 0,5 cm

aproximadamente y a continuacin, mover la base del barril para

insertar rpidamente la llama piloto en el calormetro de

envoltura de vidrio de modo que el carbn se encienda. Cerrar la

vlvula de control de precisin en el gasmetro.

El carbn se quema en el flujo de oxigeno con una llama

extremadamente brillante para formar dixido de carbono. Agitar

el agua en el calormetro durante la combustin con el fin de

alcanzar la mxima transferencia de calor de reaccin al lquido.

Cuando la combustin sea completa, cerrar el suministro de

oxigeno, pero seguir agitando hasta que el equilibrio trmico

haya sido reestablecido. Registrar la temperatura en el

termmetro como T2.

Quema de monxido de carbono

El montaje experimental es anlogo al primer experimento.

El monxido de carbono (precaucin: toxico) se prepara por

deshidratacin con cido frmico y cido sulfrico concentrado.

Dejar caer el cido frmico del embudo graduado al matraz

aforado que contiene cido sulfrico. Limpiar y secar el monxido

de carbono que se obtiene con lentejas de hidrxido de sodio

contenidas en un tubo en U. Llenar el gasmetro con 1000 mL de

monxido de carbono y conectar de nuevo a la lanza de

combustin, que est adems conectado a el cilindro de oxigeno.

Anotar la temperatura inicial del calormetro. Posteriormente,

ajustar un flujo dbil de monxido de carbono y encender la llama

en la punta de la lanza de combustin. Ajustar la llama a una

longitud de 2 cm aproximadamente y suministrar oxigeno para

garantizar la combustin completa. Esperar hasta que el pistn

del gasmetro toque una marca determinada en la escala (por


XVII

ejemplo, 900 mL) luego mover la lanza a la cmara del

calormetro, continuamente, pero con cuidado agitar el agua en el

calormetro, quemar exactamente 500 mL de monxido de

carbono, a continuacin, apagar el suministro de oxigeno.

Esperar hasta que el equilibrio trmico este establecido y

registrar la temperatura final como T2. Adems, tambin medir la

temperatura ambiente y la presin atmosfrica.


PARMETRO RESULTADO

Temperatura inicial (K)

Masa de carbn (g)

Volumen de agua a 20,8C(mL)

Temperatura final (K)

Tabla 1. Combustin de carbn.

PARMETRO RESULTADO

Temperatura inicial (K) 298,35

Volumen de CO (mL) 500

Volumen de agua 25C(mL) 539,5

Temperatura final (K) 300,75

Tabla 2. Registro de datos para la combustin de monxido de carbono.

4. CALCULOS


Calor de formacin del CO2

Calor de formacin del CO

Aplicar la ley de Hess para determinar el calor de formacin total

El porcentaje de error.


XVIII

ANEXO C

GUIA PARA LA DETERMINACIN DE LA TENSIN

SUPERFICIAL DE LQUIDOS PUROS CON EL MTODO

PRESIN DE BURBUJA


XIX

DETERMINACIN DE LA TENSIN SUPERFICIAL DE LQUIDOS

PUROS CON EL MTODO PRESIN DE BURBUJA

1. OBJETIVO.



Determinar la tensin superficial de diferentes lquidos puros a

temperatura ambiente

Aplicar el principio de los vasos comunicantes.


La tensin superficial es la cantidad de energa que se requiere para

producir una superficie en condiciones isotrmicas e isobricas. Esto

corresponde al cambio en la entalpia libre durante una alteracin de la

superficie.

)p,T (1)

En el mtodo de presin de burbuja, un gas (usualmente aire) sale del tubo

capilar que es sumergido en el lquido a ser investigado. La presin

requerida para esto sirve para superar la presin en el capilar , que es la

diferencia entre la presin interna y externa de la burbuja, y la presin

hidrosttica .

(2)

Donde,

, presin hidrosttica

h, profundidad de inmersin del tubo capilar

, densidad del liquido

, aceleracin debido a la gravedad

Durante el incremento en el volumen de la burbuja de aire, ocurre un

cambio de presin constante (trabajo de volumen) .

(3)

Donde,


XX

, presin del capilar

, radio del capilar

Este trabajo corresponde al incremento en la energa superficial ,

obtenida de (1)

(4)

De (3) y (4) se obtiene el siguiente trmino de presin en el capilar:

(5)

La presin total pmax en la que una burbuja de aire sale del tubo capilar en el

lquido, y la cual puede ser leda en el manmetro como la presin mxima,

resulta de la suma de la presin en el capilar y la presin hidrosttica.

(6)

Reordenando esto, se obtiene la siguiente ecuacin para la tensin

superficial:

(7)

Si el radio del tubo capilar no es conocido exactamente, este puede ser

determinado usando un lquido de tensin superficial conocida

(8)

La presin es leda del manmetro en tubo en U, el cual es llenado con agua, como la diferencia entre los dos meniscos. Para la conversin a

Nm-2 es valido lo siguiente: 1 mm de altura en la columna de agua

corresponde a 9,798 Nm-2.


XXI

3. PROCEDIMIENTO.


EQUIPO:

FIGURA 1. Montaje de tensin superficial con el mtodo

presin de burbuja.


Reactivos:

Etanol absoluto

Etilenglicol

Glicerol

cido clorhdrico al 37%

cido ntrico al 65%


XXII

Materiales:

Montaje de tensin superficial con el mtodo presin de

burbuja

Termmetro

Probeta.

Beaker de 1L

Pipeta pasteur

Pie de rey

Tubo capilar

3.2. PARTE OPERATIVA.

Realizar el montaje como se muestra en la figura 1.

En este experimento es importante preparar el tubo capilar con cuidado. La

longitud de este deber ser de 20 cm aproximadamente. El extremo debe ser

cortado exactamente en un ngulo recto y debe ser liso, pulirlo si es

necesario. Adems, el tubo capilar debe ser meticulosamente

desengrasado. Para lograr esto, sumergir este completamente en agua

regia (una mezcla de un volumen de acido ntrico concentrado con tres

volmenes de acido clorhdrico concentrado), dejar este aqu por un tiempo

relativamente largo, luego lavar este varias veces con agua destilada y

secar.

Llenar los frascos de 1000 mL con agua, de modo que estos puedan ser

usados para aplicar una presin de acuerdo al principio de los tubos

comunicantes.

Adjuntar una pipeta Pasteur al tubo capilar con cinta adhesiva de tal

manera que la punta de la pipeta sea puesta alrededor de 20 mm por

encima del extremo del tubo capilar. Exactamente medir la distancia con el

pie de rey, porque este va a ser la profundidad de inmersin del tubo

capilar. Llenar el beaker que esta en una plataforma de levantamiento con

el lquido a ser investigado y cuidadosamente elevar la plataforma hasta

que la punta de la pipeta toque el liquido. Accionar la plataforma de

levantamiento sosteniendo el frasco de 1000 mL muy lentamente para

elevar el frasco y as generar la presin requerida para la formacin de una

burbuja de aire. Leer la diferencia en la altura de las dos columnas del

lquido en el manmetro de tubo en U poco antes que la burbuja salga del

tubo capilar en el lquido.


XXIII


PARAMETRO RESULTADO

Profundidad de inmersin del tubo

capilar (cm)

Presin en el manmetro de tubo en u

(cm)

Tabla 1. Registro de datos para la determinacin de la tensin superficial

4. CALCULOS


Presin hidrosttica

Presin mxima

Tensin superficial de los lquidos estudiados

El porcentaje de error


XXIV

ANEXO D

GUIA PARA POTENCIAL ELECTROCINTICO


XXV

POTENCIAL ELECTROCINTICO

1. OBJETIVO.



Determinar el tiempo requerido para alcanzar una presin de 0,1 hPa

en el tubo en U cuando se aplica un voltaje determinado.


Fenmenos electrocinticos es el nombre colectivo dado a los efectos en la

cual un campo elctrico provoca el movimiento mecnico de una fase

liquida contra una fase solida que se produzca, o viceversa. De estos

efectos, electroforesis es el movimiento de partculas en un liquido bajo un

campo elctrico, mientras electrosmosis es el movimiento de partculas a

travs de un diafragma y el liquido (por lo que este no es un asunto de

conductividad electroltica, es decir, el movimiento de iones en una

solucin). En este ltimo invirtiendo el proceso pulsando el lquido a travs

de un diafragma, se construye un potencial de flujo.

En el humedecimiento de las sustancias solidas con lquido, la fase con la

constante dielctrica superior adquiere una carga positiva con respecto a la

otra fase. El agua tiene una constante dielctrica alta, de modo que, en

suspensiones acuosas, la capa de agua que rodea a la partcula solida lleva

una carga positiva. La capa consiste en una parte rgida y difusa. La parte

rgida esta formada por una fina capa superficial cargada de la fase solida y

las molculas de carga opuesta en el disolvente. Esta esta limitada por la

(ficticia) superficie externa de Helmholtz y se apoya sobre la parte difusa

donde la concentracin de molculas cargadas disminuye hasta que se

alcanza el valor del disolvente apropiado. La diferencia de potencial entre la

superficie exterior de Helmholtz y el disolvente apropiado se denomina zeta

o potencial electrocintico. En un campo elctrico las molculas de agua

cargadas positivamente migran hacia el ctodo.

En este experimento, la silica gel sirve como diafragma o fase estacionaria.

Cuando el electrodo en el manmetro del lado del tubo en U es el ctodo,

un incremento de presin puede ser observada. Sin embargo, Cuando este

electrodo es el polo positivo, resulta una disminucin en la presin. El gas

producido en el electrodo debe ser tan bajo como sea posible. Bajo las


XXVI

condiciones del experimento, la corriente que fluye no es mayor que 5 mA,

de modo que la produccin de gas es casi irrelevante.

La ecuacin de Helmholtz (Smoluchowski) describe la correlacin entre el

potencial zeta y la velocidad de flujo como una funcin del campo

elctrico:

(1)

Donde,

, potencial zeta (V)

, viscosidad dinmica (kg m-1 s-1)

, velocidad de flujo electro-osmtico (ms-1)

, intensidad de campo elctrico (Vm-1)

, constante dielctrica

, campo elctrico constante (= 8,854 x 10-12 AsV-1m-1)

La ecuacin (1) es valida para la velocidad de flujo en un tubo capilar. Para

camas granulares, debe usarse una relacin modificada:

(2)

Donde,

, presin de la columna de liquido

, constante

La constante K contiene numerosas influencias las cuales deben

mantenerse constantes bajo condiciones experimentales fijas.

Reordenando las ecuaciones (1) y (2) se muestra el voltaje aplicado es

proporcional tanto a la presin p como a la velocidad de flujo .

(1a)

(2b)


XXVII

En este procedimiento, los cambios de presin son extremadamente bajos.

Por lo tanto, se debe tomar el tiempo en el que se produce un cambio de

presin. El periodo de tiempo es inversamente proporcional a la velocidad

de flujo:

(3)

Un movimiento electro-osmtico que es proporcional al voltaje aplicado

puede ser monitoreado por medio del manmetro de precisin. El cambio

de presin es proporcional a la velocidad de flujo.

La determinacin absoluta y reproducible del potencial electrocintico se

dificulta, especialmente porque deben mantenerse constante un gran

nmero de variables.

3. PROCEDIMIENTO.


EQUIPO:

FIGURA 1. Montaje de potencial electrocintico.


XXVIII


Reactivos:

Silica gel 60

Materiales:

Montaje de potencial electrocintico

Embudo

Cronometro

Frasco lavador

Beaker de 1L



Pesar 8,5 g de silica gel 60 y poner esto en el tubo en U de modo

que el nivel sea el mismo en ambos lados. Cuidadosamente

adicionar agua destilada por un lado hasta que la superficie de la

silica gel alcance en el otro lado. Luego llenar los dos lados al mismo

nivel con agua (aproximadamente 2 cm por encima de la superficie

de silica gel). Llenar el beaker que sirve como bao de agua con

agua a temperatura ambiente. Sumergir los electrodos de platino en

el agua en cada lado.

Aplicar un voltaje DC de 290 V a los electrodos de platino. Medir el

tiempo para el cambio en el voltaje, hasta que una presin de 0,1

hPa se haya alcanzado. Despus de esperar un periodo de tiempo

de al menos 5 minutos, repetir la medicin. Realizar tres mediciones

en el mismo voltaje y sacar la media de estos valores. Despus

invertir la polaridad de los electrodos y repetir la medicin como se

describe.

Realizar ms mediciones de la misma manera de cuatro voltajes

adicionales (250 V, 210 V, 160 V y 125 V). Para evaluar los

resultados, trazar los tiempos promediados contra los voltajes

aplicados.


XXIX


VOLTAJE (V) TIEMPO (s)

290

250

210

160

125

Tabla 1. Registro de datos para la determinacin de potencial electrocintico

4. CALCULOS

Con base en los datos obtenidos:

Realizar la grafica lineal de voltaje contra tiempo

Determinar la ecuacin de la grafica.


XXX

ANEXO E

GUIA PARA NMERO DE TRANSPORTE


XXXI

NMERO DE TRANSPORTE

1. OBJETIVO.



Determinar los nmeros de transporte Hittorf para los iones hidronio

y nitrato

Realizar la electrolisis del cido ntrico 0,1 Molar


En una solucin electroltica, tanto los cationes como los aniones

contribuyen al transporte de cargas en un campo elctrico. En procesos

electrolticos los nmeros de transporte t+ y t- caracterizan la participacin

de los cationes y aniones respectivamente que llevan corriente ( | |) y

transportan carga ( | |).

| |

| |

| |

| | (1.1)

| |

| |

| |

| | (1.2)

Para las ecuacin 1.1 y 1.2, la suma de los nmeros de transporte para los

aniones y cationes se encuentra que:

(2)


XXXII

Figura 1. Ilustracin de los procesos de transporte que ocurren durante la

electrolisis de cido ntrico.

De acuerdo a las ecuaciones (1.1) y (1.2), los nmeros de transporte son

relacionados con las movilidades inicas ( ) y las conductividades

inicas ( ) y estos as en funcin de la velocidad de migracin de los

respectivos contraiones.

Si la movilidad de los cationes y aniones difieren ( ),

las cantidades de los dos tipos de iones que son proporcionales a estos

valores son transportados en determinada unidad de tiempo.

A medida que la misma carga se transporta en cada caso, las alteraciones

caractersticas en la concentracin se producen en el ctodo y el nodo, a

partir de la cual los nmeros de transporte Hittorf pueden ser

experimentalmente determinados.

Como muestra la figura 1, debido a la mayor movilidad de los cationes

( ), cinco iones hidronio se transportan de la regin del nodo a la

regin central, y desde aqu, a la regin del ctodo, en el mismo perodo de

tiempo en el que un ion nitrato se transporta en la direccin inversa. Para

asegurar electroneutralidad en todos los compartimientos, cinco iones

hidronio deben ser simultneamente reducidos a hidrgeno en el ctodo.


XXXIII

Debido a que el potencial de deposicin es mayor en el nodo, no se

produce descarga de iones nitrato, pero en lugar de esto, hay una

formacin equivalente de iones hidronio de agua.

Debido a la migracin de n-moles de iones de nitrato con una carga de

| | ( , constante de Faraday) hacia y lejos de

los electrodos, las cantidades de aniones (

, cationes (

) y

electrolito (

) en las regiones del ctodo y nodo cambian durante la

electrolisis de acuerdo a:

| |

(3.1)

| |

(3.2)

De esto, la carga | | transportada por los aniones puede ser determinada.

Sin embargo, con el fin de minimizar cualquier error, se debe determinar el

cambio en la cantidad de electrolito en ambos electrodos y as calcular | |

a travs de la relacin obtenida a partir de (3.1) y (3.2):

| |

(4)

La cantidad total de electricidad utilizada | | puede ser

determinada del cambio en la masa de los electrodos de un culombmetro

de cobre de acuerdo a la ley de Faraday:

(5)

Donde,

, cambio en la masa de cobre en el nodo y ctodo,

respectivamente

, masa molar del cobre (63,54 g/mol)

, numero de carga de la reaccin (=2)

Sustituyendo las relaciones (4) y (5) en la ecuacin (1.2) para los nmeros

de transporte de los aniones se establece un practico mtodo para el

calculo de .


XXXIV

(6)

Los cambios en la cantidad de electrolito y que se requieres para

realizar este calculo, pueden ser calculadas utilizando consideraciones

estequiometricas.

(7)

Donde,

, volumen en la regin del ctodo y nodo, respectivamente

,

, consumo de NaOH ( en la neutralizacin de

antes y despus de la electrolisis en la regin del ctodo

y del nodo (

, respectivamente.

3. PROCEDIMIENTO.


EQUIPO:

FIGURA 2. Montaje de nmeros de transporte.


XXXV


Reactivos:

cido ntrico 0,1 M

acetona

Solucin para coulombimetro (H2SO4 0,05M/CuSO4 0,5M)

Hidrxido de sodio 0,1 M

Rojo de metilo al 0,1%

Materiales:

Montaje para numero de transferencia

Embudo

termmetro

Cronometro

Frasco lavador

Beaker de 250mL

Fuente de alimentacin universal

Bureta

Erlenmeyer

Probeta

Beaker de 1L



Llenar el tubo de transporte con una solucin de 0,1 M de cido ntrico,

conociendo el volumen adicionado, de tal manera que cada

compartimiento quede al mismo nivel. Colocar el tubo en un bao de

agua para garantizar que la temperatura sea uniforme y constante.

Sumergir los electrodos de grafito. Pesar el ctodo y el nodo del

coulombmetro que consiste en dos piezas de lmina de cobre, y

registrar su peso. Fijar las piezas de cobre con la ayuda de la pinza y

sumergirlas en un vaso de precipitados de 250 ml lleno con el cido

sulfrico/ Solucin de CuSO4.

Conecte el culombmetro, el recipiente de transporte y el medidor

multicampo en serie al suministro de energa de acuerdo con la fig. 2.


XXXVI

Ahora realice la electrlisis de 60 a 90 minutos a 50 mA. Asegurarse de

que la corriente y la temperatura sean casi constantes durante la

reaccin. Medir la duracin exacta del procedimiento de electrlisis con

el cronmetro.

Durante la electrlisis, valorar una muestra de 5 ml contra NaOH 0,1

molar utilizando rojo de metilo como un indicador (cambio de color: rojo-

amarillo). Al final del periodo de electrolisis tomar muestras de 5 ml de

las regiones del nodo y ctodo, valorar para determinar sus

concentraciones. Interrumpir el circuito elctrico y registrar la duracin

exacta de electrlisis. Lavar los electrodos de cobre del culombmetro

cuidadosamente con agua y acetona, esperar que se sequen al aire, y

pesar de nuevo para determinar el cambio en el peso.


PARAMETRO RESULTADO

Peso de lamina de cobre en el ctodo (g)

Peso de lamina de cobre en el nodo (g)

Volumen de acido ntrico (HNO3)

depositado en cada lado (mL)

Tabla 1. Condiciones iniciales

PARAMETRO RESULTADO

Tiempo total de electrolisis

Peso de lamina de cobre en el ctodo

(g)

Peso de lamina de cobre en el nodo

(g)

Volumen de hidrxido de sodio (NaOH)

gastado en la titulacin del acido ntrico

(HNO3) en el ctodo (mL)

Volumen de hidrxido de sodio (NaOH)

gastado en la titulacin del acido ntrico

(HNO3) en el nodo (mL)

Tabla 2. registro de datos despus de la electrolisis


XXXVII

4. CALCULOS


El nmero de transporte del nodo y el ctodo respectivamente.

ANEXOS

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