II
NDICE
I.- Resumen II.- Introduccin III.- Fundamentos tericos IV.-
Procedimiento experimental V.- Tablas de datos y resultados VI.-
Clculos VII.- Anlisis y discusin de resultados VIII.- Conclusiones
IX.- Recomendaciones X.- Bibliografa XI.- Apndice
I. RESUMEN
El objetivo esta prctica es estudiar la ecuacin de Nernst
aplicada a la celda electroqumica (Zn/Zn+2 (0.1M) // Cu+2 (0.1M)
/Cu ),a diferentes concentraciones as como el estudio de la ley de
Faraday.Para el caso de la ecuacin de Nernst los potenciales
obtenidos fueron:1.1v ([Zn+2] = 0.1M y [Cu+2] = 0.1M), 1.07v
([Zn+2] = 0.1M y [Cu+2] = 0.01M) y 1.04v ([Zn+2] = 0.1M y [Cu+2] =
0.001M)De lo anterior se puede concluir que en una celda galvnica a
menos concentracin de una de las soluciones el potencial ser menor
y en el caso de la celda electroltica a ms amperaje la masa
obtenida ser mayor.
II. INTRODUCCIN
La energa elctrica es una de las formas de energa de mayor
importancia prctica para la vida contempornea. Un da sin energa
elctrica, ya sea por fallas de la compaa que suministra la luz o
por falta de bateras, es inconcebible en nuestra sociedad
tecnolgica. El rea de la qumica que estudia la conversin entre la
energa elctrica y la energa qumica es la electroqumica. Los
procesos electroqumicos son reacciones redox en donde la energa
liberada por una reaccin espontnea se transforma en electricidad, o
la electricidad se utiliza para inducir una reaccin qumica no
espontnea. A este ltimo proceso se le conoce como electrlisisLa
descomposicin electroltica es la base de un gran nmero de procesos
de extraccin y fabricacin muy importantes en la industria moderna.
La sosa custica (un producto qumico importante para la fabricacin
de papel, rayn y pelcula fotogrfica) se produce por la electrlisis
de una disolucin de sal comn en agua. La reaccin produce cloro y
sodio. El sodio reacciona a su vez con el agua de la pila
electroltica produciendo sosa custica. El cloro obtenido se utiliza
en la fabricacin de pasta de madera y papel.Una aplicacin
industrial importante de la electrlisis es el horno elctrico, que
se utiliza para fabricar aluminio, magnesio y sodio. En este horno,
se calienta una carga de sales metlicas hasta que se funde y se
ioniza. A continuacin, se deposita el metal electrolticamente.Los
mtodos electrolticos se utilizan tambin para refinar el plomo, el
estao, el cobre, el oro y la plata. La ventaja de extraer o refinar
metales por procesos electrolticos es que el metal depositado es de
gran pureza. La galvanotcnia, otra aplicacin industrial
electroltica, se usa para depositar pelculas de metales preciosos
en metales base. Tambin se utiliza para depositar metales y
aleaciones en piezas metlicas que precisen un recubrimiento
resistente y duradero. La electroqumica ha avanzado recientemente
desarrollando nuevas tcnicas para colocar capas de material sobre
los electrodos, aumentando as su eficacia y resistencia.
III. FUNDAMENTO TERICO
Electroqumica Electroqumica es una rama de la qumica que estudia
la transformacin entre la energa elctrica y la energa qumica. En
otras palabras, las reacciones qumicas que se dan en la interfase
de un conductor elctrico (llamado electrodo, que puede ser un metal
o un semiconductor) y un conductor inico (el electrolito) pudiendo
ser una disolucin y en algunos casos especiales, un slido.Si una
reaccin qumica es conducida mediante un voltaje aplicado
externamente, se hace referencia a una electrlisis, en cambio, si
el voltaje o cada de potencial elctrico, es creado como
consecuencia de la reaccin qumica , se conoce como un "acumulador
de energa elctrica", tambin llamado batera o celda galvnica.Las
reacciones qumicas donde se produce una transferencia de electrones
entre molculas se conocen como reacciones redox, y su importancia
en la electroqumica es vital, pues mediante este tipo de reacciones
se llevan a cabo los procesos que generan electricidad o en caso
contrario, es producido como consecuencia de ella.En general, la
electroqumica se encarga de estudiar las situaciones donde se dan
reacciones de oxidacin y reduccin encontrndose separadas,
fsicamente o temporalmente, se encuentran en un entorno conectado a
un circuito elctrico. Esto ltimo es motivo de estudio de la qumica
analtica, en una subdisciplina conocida como anlisis
potencimetro.
Corriente elctrica y movimiento de iones
Estequiometria de la electrolisisLas relaciones cunticas entre
electricidad y cambio qumico fueron descritas originalmente por
Michael Faraday en 1832 y 1833. El trabajo de Faraday se conoce
mejor por la referencia a las medias reacciones que ocurren durante
la electrlisis. El cambio en el ctodo durante la electrlisis del
cloruro de sodio fundido:Na+ + e- -> Na
Celdas galvnicas, voltaicas o pilas Funcionan espontneamente.
Utiliza una reaccin qumica para realizar trabajo elctrico.
Funcionamiento:Ejemplo: pila Zn(s) /Zn+2(a M) // Cu+2(b M) /Cu
(s)nodo (-): Oxidacin: Zn(s) Zn2+(ac) + 2e-Ctodo (+): Reduccin:
Cu2+(ac) + 2e- Cu(s)Puente salino o tapn poroso: flujo de iones.Los
electrones se mueven a travs del circuito externo desde el lugar de
la oxidacin (nodo) hacia el sitio de la reduccin
(ctodo).Aniones
Celda electrolticaUna celda electroltica consta de un lquido
conductor llamado electroltico adems de dos electrodos de
composicin similar. La celda como tal no sirve como fuente de
energa elctrica, pero puede conducir corriente desde una fuente
externa denominada accin electroltica. Se usa en electro deposicin,
electro formacin, produccin de gases y realizacin de muchos
procedimientos industriales, un ejemplo es la refinacin de metales.
Siendo la cantidad producida de cualquier sustancia proporcional a
la cantidad de electricidad que atraviesas la celda. Esta relacin
fue descubierta por Michel Faraday y resumida en lo siguiente:
96500 Coulomb de electricidad producen un equivalente gramo de
determinada sustancia en cada electrodo. Segn Faraday:
M = (PE) I t 96500C Si debido al flujo de la corriente los
electrodos se tornan desiguales, es posible que ocurra una accin
voltaica.
Una celda electroltica se produce una reaccin de descomposicin
en base a los electrones que circulan por la solucin
electroltica.Unacelda voltaica se produce una reaccin y como
consecuencia de esa reaccin se liberan electrones producindose una
diferencia de potencial (generas corriente elctrica).
IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Celdas galvnicas Vertimos soluciones en 3 vasos de precipitacin,
en el primero vertimos 40 ml de sulfato de cinc 0,1M, en el segundo
vertimos 45 ml de Cloruro Estaoso 1,0M y al tercero vertimos 20 ml
de Cloruro Ferroso.
Celda de Combustible Aluminio-Aire Realizamos las siguientes
reacciones:Al (s) + 3OH -(ac) Al (OH)3(s) + 3e-O2 (g) + 2H2O
(l)+4e- 4OH-(ac)Global: 4Al(s) + 3O2 (g) + 6H2O (l) 4Al (OH)3(s)
Acondicionamos papel de aluminio previamente cortado 13x13 cm.
Preparamos 20 ml de una solucin saturada de Cloruro de Sodio.
Aadimos carbn activado al mortero para moler finamente.
Celdas electrolticas Llenamos un tubo U con una solucin diluida
de sulfato de sodio 1M. Sumergimos en los dos extremos varillas de
grafito. Luego conectamos a la fuente de corriente continua.
V. TABLA DE DATOS Y RESULTADOS
a) Condiciones de laboratorio
Presin (mmHg)756
Temperatura21
%Humedad Relativa94
b) Celda galvnica
Concentracin de [Zn+2]Concentracin de [Cu+2]Potenciales
tericosPotenciales experimentales
0.1 M0.1 M1.1v1.101 v
0.1 M0.01 M1.071 v1.084v
0.1 M0.001 M1.042v1.051 v
c) Celda electroltica
I(A)V H2 (mL)t(s)T(C)T(K)
0.620.0261.721294
d) Porcentajes de error en la celda galvnica
Potenciales tericosPotenciales experimentales% Error
1.1 v1.101 v -0.09
1.074 v1.084v -0.93
1. 042v1.051v -0.86
e) Porcentajes de error en la celda electroltica
Masa de H2 tericos (g)Masa de H2 experimentales (g)% Error
1.6272x10-31.6484 x10-31.29
VI. CLCULOS
VII. ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS
Cuando se conect el multmetro en serie con cada celda galvnica y
se cerr el circuito, el instrumento sufri una deflexin que indica
que la corriente pasa por el circuito, y este paso es una evidencia
de que existe una diferencia de potencial entre los electrodos. Los
resultados obtenidos al medir las 3 celdas con el multmetro fueron
1,042v, 1,005v y 0,364v respectivamente donde se puede apreciar que
el potencial decrece, mientras ms diluida es la solucin. Una seria
objecin al uso del multmetro o delvoltimetropara la medicin exacta
de los potenciales de celda (fem), es que este aparato consume
alguna corriente, provocando as uncambioen la fem a causa de la
formacin deproductosde reaccin en los electrodos, por lo tanto, el
potencial medido con este instrumento no ser el total de la
celda.
VIII. CONCLUSIONES
La celda galvnica esta basada en la oxidacin - reduccin donde se
produce un cambio en los #s de oxidacin de las sustancias, esta
reaccin produce un diferencial de potencial lo generando corriente
elctrica. La celda galvnica est basada en la oxidacin - reduccin
donde se produce un cambio en los #s de oxidacin de las sustancias.
Los electrones tienen que fluir por el circuito externo desde el
electrodo negativo al positivo. En el electrodo negativo tiene
lugar la oxidacin y la reduccin se verifica en el electrodo
positivo. Al sumar las reacciones de oxid. yred. resulta la celda.
Los electrones tienen que fluir por el circuito externo desde el
electrodo negativo al positivo. En el electrodo negativo tiene
lugar la oxidacin y la reduccin se verifica en el electrodo
positivo. Esto es lo q genera la corriente elctrica. La diferencia
de potencial vara d forma directa con la concentracin. El uso del
puente salino es importante pues conecta las 2 soluciones, evitando
su mezcla. La masa desprendida en un electrodo de una solucin es
proporcional a la cantidad de electricidad que est pasando. El uso
del puente salino es importante pues concentra a las 2 soluciones,
evita su mezcla adems que elimina completamente el potencial de
unin y que la fem medida es simplemente la suma de los 2
potenciales electrdicos.
IX. RECOMENDACIONES
Lavar bien los recipientes a utilizar par as evitar variaciones
en la concentraciones o quitarle pureza a las sustancias. En el
proceso de la celda electroltica hay que tener cuidado de conectar
los cables positivo y negativo de la fuente en sus respectivos
lugares ya que de producirse este error el experimento estara
completamente errado. Leer atentamente, las etiquetas de los
reactivos.
No fumar, comer o beber dentro del laboratorio de qumica.
No hacer experimentos o pruebas no autorizadas por los
docentes.
X. BIBLIOGRAFA
Vassos, B.H. y Ewing, G.W., (1987), Electroqumica analtica,
Limusa, Mxico.
Bertrn Rusca, J. y Nez Delgado, J. (coords.) (2002), Qumica
Fsica, Ariel Ciencia, Barcelona.
Bogotsky, V. (ed), (2005), Fundamentals of Electrochemistry,
Chemical Society Series.
http://www.electronica2000.info/2008/01/04/celda-electrolitica/
http://docencia.udea.edu.co/cen/electroquimicaII/sistemas/sistemas_4.php?t=4
XI. APENDICE CUESTIONARIO
Celdas galvnicas
1. Escriba la semi-reaccin que se produce en el nodo de la celda
1. Indique el potencial estndar de esta semi-reaccin, E oxidacin.
Use la tabla de potenciales de oxidacin.
2. En el nodo se producen reducciones?
3. Escriba la semi-reaccin que se producen en el catodo de la
celda 1.Indique el potencial estndar de esta semi-reaccin, E
oxidacin .Use la tabla de potenciales reduccin.
4. En el ctodo se producen oxidaciones o reducciones?
5. Escriba la semi-reaccin que se produce en el ctodo de la
celda 2 .Indique el potencial estndar de esta semi-reaccin, E
oxidacin.
6. Desde su punto de vista Cul de las celdas es la ms eficiente
en trminos de voltaje?
7. Escriba la semi-reaccin que se produce en el nodo de la celda
3.Indique el potencial estndar de esta semi-reaccin. E oxidacin.
Use la tabla de potenciales de oxidacin.
8. Escriba la reaccin global de la celda 3. Indique el potencial
estndar, E celda.
9. En las celdas 1,2 y 3 Cules son los electrodos activos y/o
inertes?
10. En electroqumica Qu es un electrodo?
Celdas de Combustible Aluminio Aire1. Por qu se debe agregar sal
para que la pila funcione?
2. Qu hace que la pila creada se comporte como una celda de
combustible?
3. Esta pila es ms o menos poderosa que una celda galvnica
convencional?
4. Cmo funciona una celda de combustible?
Celdas electrolticas Color inicial en el ctodoColor inicial en
el nodoColor despus de los 4 minutos en el nodoColor despus de los
2.5 minutos en el ctodo
Rojo de metilo------------------------------------
Fenolftalena---------------------------------
1. Qu indica el cambio de color de rojo metilo en el nodo?
2. Escribir las semi-reacciones que est produciendo en el nodo.
Indique los estados de agregacin y el potencial estndar de las
semi-reacciones.
3. En el nodo se aprecian burbujas que se desprenden del
electrodo. Cul es el nombre de dicho gas?
4. En qu electrodo se aprecia la presencia de burbujas? Cul es
el nombre de dicho gas?
5. Escribir las semi-reacciones que se est produciendo en el
ctodo. Indique los estados de agregacin y el potencial estndar de
las semi-reacciones.
6. Cul es el voltaje y el amperaje de la fuente de corriente
continua?
7. Cul es la relacin de oxgeno a nitrgeno en esta
electrlisis?
8. Cul es el signo de potencial estndar de celda, Ecelda?
11. A qu se denomina electrolitos, mencione tres ejemplos.Un
electrlito es una sustancia que se descompone en iones (partculas
cargadas de electricidad) cuando se disuelve en los lquidos del
cuerpo o el agua, permitiendo que la energa elctrica pase a travs
de ellos. Algunos de los ejemplos de electrolitos son el sodio, el
potasio, el cloruro y el calcio. La responsabilidad principal de
los electrolitos en los seres vivos es llevar nutrientes hacia las
clulas y sacar los desechos fuera de estas.Los electrlitos pueden
ser dbiles o fuertes, segn estn parcial o totalmente ionizados o
disociados en medio acuoso. Un electrolito fuerte es toda sustancia
que al disolverse en agua lo hace completamente y provoca
exclusivamente la formacin de iones con una reaccin de disolucin
prcticamente irreversible. Un electrolito dbil es una sustancia que
al disolverse en agua lo hace parcialmente y produce iones
parcialmente, con reacciones de tipo reversible.Los electrolitos
generalmente existen como cidos, bases o sales.Un electrlito se
describe como concentrado si tiene una alta concentracin de iones;
o diluido, si tiene una baja concentracin. Si tiene una alta
proporcin del soluto disuelto se disocia en iones, la solucin es
fuerte; si la mayor parte del soluto permanece no ionizado la
solucin es dbil.Los electrlitos juegan un papel importante en los
seres vivos. Ayudan a mantener el fluido adecuado y el balance
cido-base dentro del cuerpo. Algunos de los cationes biolgicos ms
importantes son Na+, K+, Ca^2+ y Mg. Adems del Cl-, el O^2- y el
S^2-, los aniones ms importantes son los aniones poliatmicos. Un in
poliatmico es un in que contiene ms de un tomo. Ejemplos de iones
poliatmicos son, el in bicarbonato (HCO3-), que es un anin
compuesto de cinco tomos, al igual que el ion sulfato (SO4^2-); el
catin amonio (NH4+) compuesto por cinco tomos,
etc.Ejemplos:-Cloruro de sodio fundido (NaCl).- cido ntrico.-
Cloruro mercurioso (HgCl2)
12. Qu es la FEM? Mencione algunas aplicaciones.La fuerza
electromotriz (FEM) es toda causa capaz de mantener una diferencia
de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir
una corriente elctrica en un circuito cerrado. Es una caracterstica
de cada generador elctrico. Con carcter general puede explicarse
por la existencia de un campo electromotor cuya circulacin, ds,
define la fuerza electromotriz del generador.La f.e.m. se mide en
voltios, al igual que el potencial elctrico.Existen diferentes
dispositivos capaces de suministrar energa elctrica, entre los que
podemos citar:
Pilas o bateras. Son las fuentes de FEM ms conocidas del gran
pblico. Generan energa elctrica por medios qumicos. Las ms comunes
y corrientes son las de carbn-zinc y las alcalinas, que cuando se
agotan no admiten recarga. Las hay tambin de nquel-cadmio (NiCd),
de nquel e hidruro metlico (Ni-MH) y de in de litio (Li-ion),
recargables. En los automviles se utilizan bateras de plomo-cido,
que emplean como electrodos placas de plomo y como electrolito cido
sulfrico mezclado con agua destilada.
Mquinas electromagnticas. Generan energa elctrica utilizando
medios magnticos y mecnicos. Es el caso de las dinamos y
generadores pequeos utilizados en vehculos automotores, plantas
elctricas porttiles y otros usos diversos, as como los de gran
tamao empleado en las centrales hidrulicas, trmicas y atmicas, que
suministran energa elctrica a industrias y ciudades.
Celdas fotovoltaicas o fotoelctricas. Llamadas tambin celdas
solares, transforman en energa elctrica la luz natural del Sol o la
de una fuente de luz artificial que incida sobre stas. Su principal
componente es el silicio (Si). Uno de los empleos ms generalizados
en todo el mundo de las celdas voltaicas es en el encendido
automtico de las luces del alumbrado pblico en las ciudades.
Efecto piezoelctrico. Propiedad de algunos materiales como el
cristal de cuarzo de generar una pequea diferencia de potencial
cuando se ejerce presin sobre ellos. Una de las aplicaciones
prcticas de esa propiedad es captar el sonido grabado en los
antiguos discos de vinilo por medio de una aguja de zafiro, que al
deslizarse por los surcos del disco en movimiento convierten sus
variaciones de vaivn en corriente elctrica de audiofrecuencia de
muy baja tensin o voltaje, que se puede amplificar y or a un nivel
mucho ms alto.
13. Explique de que forma se pueden predecir los productos en un
proceso electroltico.
En un proceso electroltico se puede predecir los resultados
mediante las ecuaciones de reaccin. Adems que si se tienen todos
los datos necesarios (intensidad de corriente, tiempo) el clculo se
hace simple.
Por ejemplo para la solucin de hidrxido de sodio se sabe que se
forman los iones H+ y O-2, una vez que empiece a pasar corriente
elctrica el H+ (positivo) se dirigir al ctodo y el O-2 (negativo)
ira hacia el nodo. Originando gas hidrogeno en el ctodo y gas
oxigeno en el nodo.