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.