INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS.

LABORATORIO DE ELECTROQUMICA

PRACTICA No.4: POTENCIAL NORMALEQUIPO:__1___GRUPO: INTEGRANTES:1. 2. 3. 4. 5. PROFESORES:05/MARZO/2014

RESUMEN DE LA PRCTICAEn esta prctica se determino de manera experimental el valor del potencial elctrico de dos metales Cu y Zn a partir de mediciones obtenidas en base a un electrodo de referencia (en este caso el calomel) y se comparo con los valores obtenidos medidos directamente en una celda electroltica con un electrodo de Cu y el otro de Zn.Se aplicaron los principios de la ecuacin de Nerst para el clculo de los potenciales. Para lo cual fue necesario establecer el comportamiento de cada semicelda (si corresponda al ctodo o al nodo) en las tres celdas (Cu- calomel, Zn- calomel y Cu. Zn); para la posterior aplicacin de la ecuacin de Nerst y de este forma analizar y explicar el comportamiento de cada semicelda y de la celda Cu- Zn. Y poder comparar los valores obtenidos para la comprensin del fenmeno y determinacin de los parmetros que modificacin esta reaccin electroqumica.

OBJETIVODeterminar el potencial normal de la celda y de los metales utilizados (zinc y cobre), tener el modelo de la celda.Analizar y identificar los componentes de la celda el ctodo y el nodo.Aplicar la ecuacin de Nernst para la obtencin estndar de los dos metales utilizados en la prctica.

INTRODUCCINMARCO TEORICO

Las reacciones redox se realizan an cuando los reactivos no estn en contacto directo, porque el intercambio de electrones se realiza mediante un conductor, que permite el flujo de electrones desde el recipiente donde se encuentra el reductor hasta el recipiente que contiene al oxidante. Aunque fsicamente estn separados, son unidos elctricamente, siendo este sistema lo que conocemos como celda galvnica.

El ejemplo ms ilustrativo es la reaccin entre zinc metlico con el ion cprico. En una solucin de sulfato cprico que se pone en contacto con zinc metlico, el zinc se disolver debido a que se oxida, mientras que el ion cobre precipita como cobre metlico, ya que se reduce. Esto puede realizarse en dos sistemas, en la que las placas metlicas se unen por un alambre conductor, y las soluciones se unen a travs de un puente salino que tiene por funcin establecer un contacto elctrico para cerrar el circuito.

La solucin y el electrodo que se encuentran en cada uno de los recipientes, forman la mitad de una celda, lo cual se conoce como semicelda; la reaccin efectuada en cada semicelda tambin es la mitad de una reaccin completa, por lo cual se denomina semirreaccin.

Potencial de electrodo

La capacidad de una sustancia para tener mayor o menor carcter ya sea como oxidante o reductor, se mide por medio del potencial que tiene el electrodo, que se asocia a una media reaccin de oxidacin o reduccin.

El potencial de un electrodo no se puede medir aisladamente, sin embargo es posible su medicin de manera relativa, para lo cual se usa una celda en la que se mide la diferencia de potencial entre los dos electrodos, pero una semicelda se utiliza como referencia. Para estos casos es utilizado un electrodo de referencia, siendo el electrodo de referencia estndar de hidrgeno o tambin conocido como electrodo normal de hidrgeno el ms empleado como electrodo de referencia universal.

El potencial de una celda se relaciona con la energa libre de la reaccin, mediante:

Donde:

n=nmero de electrones transferidos en la reaccinF=constante de Faraday

Si la reaccin se interpreta de derecha a izquierda, el potencial tiene un valor y un signo, pero si se interpreta de izquierda a derecha, tiene el mismo valor pero de signo contrario. Si el potencial se refiere a la reaccin en el sentido de la especie que se oxida, se identifica como potencial de oxidacin, y si se refiere al sentido en que la especie se reduce, se trata de un potencial de reduccin.

Si el potencial de una reaccin es positivo, significa que la reaccin es espontnea de izquierda a derecha, y si es negativo es espontnea de derecha a izquierda.

El potencial de una celda es la diferencia entre los potenciales de dos semiceldas o de dos electrodos simples, uno relacionado con la semirreaccin del electrodo de la derecha, y el otro con la semirreaccin del electrodo de la izquierda. O bien, el potencial de la semirreaccin de reduccin (ctodo), y el de la semirreaccin de oxidacin (nodo).

Potencial normal

El potencial normal de una semicelda, o tambin conocido como potencial estndar, es el potencial que se obtiene cuando la especie oxidada y la reducida indicados en la reaccin, estn en un estado normal, es decir, tienen una actividad unitaria.

El potencial estndar de un electrodo es una constante fsica importante que proporciona informacin cuantitativa con respecto a la fuerza impulsora de la reaccin de una semicelda.

Si el potencial normal de reduccin es positivo, significa que la especie qumica en su forma oxidada es un oxidante ms fuerte que el ion hidrgeno, y si el potencial es negativo, la forma oxidada de la especie es menos oxidante que el ion hidrgeno.

Cada semirreaccin contribuye con cierto valor de G a la energa libre total, siendo sta la suma de las energas libres normales de las dos semirreacciones. La reaccin global ser favorable en el sentido en el que Gtotal < 0.

Ecuacin de Nernst

El potencial de una semicelda depende de la concentracin que tiene la parte oxidada y la reducida de la especie qumica que se transforma segn la semirreaccin. Cuando las especies no tienen actividad unitaria, o no se encuentran en estado normal, el potencial no corresponde al potencial normal.

Considerando la siguiente semirreaccin irreversible:

Donde:A, B, C, D,=especies participantesa, b, c, d,=nmero de moles de cada especie en la semirreaccinEl potencial del electrodo queda dado por la ecuacin:

Donde:

E0=potencial estndar del electrodo (V)R=constante de los gases (8.314 J/mol K)T=temperatura (K)n=nmero de electrones transferidos =concentracin de las especies participantes en la semirreaccin

Estrictamente, los trminos entre los corchetes son referidos a las actividades de las especies qumicas:

Pero en la prctica, con frecuencia se sustituye la actividad por la concentracin.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

Diagrama experimental

CELDA 1 CELDA 2 CELDA 3

Proceso experimental1.- Lavar 4 vasos de precipitados.2.- Lijar los electrodos de zinc y cobre.3.- Colocar las soluciones de CuSO4, ZnSO4 y KCl, una en cada uno de los vasos de precipitados. En el vaso restante colocar agua destilada para enjuagar el puente salino.4.- Conectar con ayuda de los caimanes al voltmetro digital la referencia (celda de calomel) ala terminal positiva del voltmetro y el electrodo de Zinc en la terminal negativa del mismo. 5.- Introducir el puente salino un extremo en el vaso de precipitados que tiene la solucin de KCl y el otro extremo en el que contiene la solucin de ZnSO4.6.- Introducir el electrodo de referencia en la solucin de KCl y el electrodo de Zn en la solucin de ZnSO4. Encender el voltmetro en la funcin correspondiente y tomar la lectura. Anotando en que terminal se conecto cada uno de los electrodos. Apagar el multmetro.7.- Sacar el electrodo de Zn y el puente salino. Enjuagar el puente salino con el agua destilada solo en el extremo que se introdujo en la solucin de ZnSO4. Intercambiar el electrodo se Zn por el de cobre pero esta vez conectando este en la terminal positiva del voltmetro mientras que el de referencia en la terminal negativa. Introducir el puente salino un extremo en la solucin de CuSO4 y la otra en la de KCl. Y repetir el procedimiento realizado con el electrodo de Zn.8.- Una vez enjuagado el puente salino esta vez se introducir un extremo en la solucin de ZnSO4 y el otro en la de CuSO4. Los electrodos estarn conectados a la terminal negativa el Zn y Cu en la positiva. Se introducen en la solucin correspondiente y se tomaran la lectura.9.- Enjuagar el puente salino, colocar el electrodo de referencia calomel en el envase para guardarlo con solucin de KCl. 10.- Realizar clculos.

OBTENCIN DE DATOSEPila Zn-calomel V

EPila calomel-Cu V

V

CLCULOSCalculo de potencial elctrico del Zn, con ayuda del electrodo de referencia.

Calculo del potencial normal del Zn

Clculo de potencial elctrico del Cu, con ayuda del electrodo de referencia.

Calculo del potencial normal del Cu

Calculo del potencial de la pila

De clculos Medido

V

Practico Terico

V

PracticoTerico

V

OBSERVACIONES Cuando se conect el electrodo de Zn (previamente sumergido en la solucin de sulfato de Zn) al polo positivo del multimetro y el Calomel al polo negativo del multimetro, dio una lectura de voltaje negativa. Al cambiar las polaridades la lectura de voltaje dio la misma magnitud pero signo diferente. Lo que nos lleva a pensar que el flujo de electrones estaba invertido.

Con la nueva polaridad nos atrevemos a pensar que el Zn es el elemento que se oxida.

El electrodo de Cu se conecto al polo positivo del multimetro y la Calomel al negativo, la lectura de voltaje tuvo signo positivo.

El puente salino despus de su uso deba de estar en solucin acuosa para evitar su deshidratacin.

En La celda construida por Cu y Zn el Zn se conecto al polo negativo del multimetro y el Cu al positivo, nos dio una lectura de voltaje en el multimetro positiva.

Cuando se termino la experimentacin se observ una ligera diferencia en el electrodo de Zn y tambin en el de Cu.

Pila de Cu-Zn

Electrodo de Zn

CONCLUSIONES Cuando se lleva cabo en una celda electroqumica una reaccin qumica de transferencia de electrones de manera espontanea, tenemos una Celda galvnica. En una celda galvnica obtenemos energa elctrica que puede ser convertida en trabajo til para hacer funcionar algn sistema. Su principio se basa en la oxidacin de un elemento y la reduccin de otro que no estn en contacto directo, el flujo de electrones lo realiza un conductor y se cierra circuito con un puente salino.La capacidad que tienen los elementos para oxidarse o reducirse, se mide mediante el potencial del electrodo, este potencial se obtiene midiendo el potencial de una celda con ayuda de una semicelda de referencia. En esta prctica se us la Plata como referencia. Si se toma como referencia el sentido de la reaccin de oxidacin obtenemos un potencial de oxidacin, de lo contrario se obtiene un potencial de reduccin como en este caso prctico. Existen potenciales estndares de elementos, estos indican que se actividad es uno. Por ejemplo si el potencial estndar de reduccin es positivo, la especie qumica tiende a reducirse y es un oxidante muy fuerte (mas que el ion Hidrogeno que es la referencia universal) y si es negativo tiende a oxidarse de manera espontanea y es un fuerte reductor El potencial de celda es la diferencia entre el potencial de la especie que se reduce menos el potencial de la especie que se oxida. Si es positivo, la reaccin es espontnea de izquierda a derecha, y si es negativo es espontnea de derecha a izquierda. Es por eso que el Zn debe de ir conectado al polo negativo del multimetro (anodo) ya que es la especie que se oxida y el Cu al positivo (catodo) especie que se reduce. La magnitud de voltaje que indica el multimetro son los Volt que dara la pila si estuviera trabajando.No siempre se trabaja a condiciones estndar por tanto es necesario auxiliarse de la ecuacin de Nernst que involucra las condiciones de trabajo, los electrones transferidos, la concentracin de la parte oxidada o reducida segn cada semireaccin. y gracias a ella obtener el potencial del electrodo a las condiciones presentes.

RODRIGUEZ SANCHEZ MOISES

BIBLIOGRAFIA

Coln Portillo, Manuel. Anlisis cuantitativo. IPN, 1990

Skoog, Douglas, West,Donald. Qumica Analtica. 7a. Ed. McGraw Hill, 2001.