PRACTICA Nº 4

ELECTROQUIMICA

Objetivo: El alumno aplicara los conocimientos de Electroquímica, para obtener un electrodeposito, con los materiales proporcionados en el laboratorio de Química.

Marco Teórico:

Pensar acerca de los eventos que ocurren en una interfaz es natural. Sin embargo, experimentalmente no se pueden aislar para medirlos, puesto que se tiene que tratar con las propiedades de colección o de conjunto de las interfaces que constituyen la celda electroquímica. Este sistema se forma, generalmente, por dos electrodos separados, por lo menos, por una fase electrolítica. Aquí existe una diferencia de potencial medible entre los dos electrodos, ya sea que en la celda esté o no pasando una corriente. Esta diferencia es realmente la manifestación de las diferencias ensambladas con el potencial eléctrico entre todas las fases que la corriente atraviesa. Este fenómeno ocurre esencialmente en la interfaz misma. La agudeza de la transición implica que un campo eléctrico muy elevado existe en la interfaz y que se espera que produzca efectos sobre el comportamiento cinético de los portadores de carga (electrones y/o iones) en la región interfacial. La magnitud de la diferencia de potencial en la interfaz afecta las energías relativas de los portado-res en las dos fases: puesto que controla la dirección de la transferencia de carga. Por lo tanto, la medida y control de los potenciales de celda es uno de los aspectos más importantes de la electroquímica experimental. Estos aspectos se pueden entender mejor con una celda modelo, la cual consiste en dos medias celdas separadas por un diafragma (conductor iónico).La mitad izquierda de la celda tiene un electrodo de cinc el cual se sumerge en una solución de cloruro de Zinc 0.1M.

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La media celda derecha tiene un electrodo de platino en una solución acuosa de cloruro férrico-ferroso de igual concentración. La polaridad es tal que el electrodo de Zinc es negativo y el platino positivo. La diferencia de potencial, ∆E (circuito abierto) es de 1.56 V (∆E = Ec – Ea = (0.77) – (–0.79)) cuando no fluye corriente en la celda.

El voltaje de 1.56 V de la celda modelo disminuye con el aumento de la corriente. El voltaje puede aún depender de la dirección de la corriente. Sin embargo, el voltaje no es un buen parámetro de análisis, dado que consta de varias cantidades que pueden depender de la corriente en forma muy diversa. Esto se puede visualizar muy bien en la figura 1.2, en la cual se representan esquemáticamente todas las caídas de potencial que puedan ocurrir en la celda. Yendo de izquierda a derecha en la figura éstas son:

La resistencia óhmica en las terminales y en los electrodos mismos que produce ∆ϕσe;∆ϕdl que es el potencial de la doble capa que se forma en la interfaz del electrodo/electrólito el cual también contiene la cantidad η que resulta del impedimento de la reacción (véase el apartado 1.5); una caída de potencial adicional∆ϕconc puede crearse

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por la desviación de la concentración en la superficie y de la concentración en el seno de la solución de los reactantes; adicionalmente ∆ϕσi ocurre en el seno del electrólito: a la derecha del electrodo existen las mismas caídas de potencial como en la izquierda. Todas estas caídas de potencial pueden depender de la corriente de manera diferente. Por lo tanto es comprensible que el voltaje de la celda sea un parámetro inadecuado para la evaluación de una sola reacción de electrodo ya que tienen que evaluar las reacciones de electrodo de tal forma que otras influencias sean eliminadas.

MATERIALES PARA CELDAS ELECTROQUÍMICAS:

Los elementos principales de una celda electroquímica son los electrodos y el electrólito. En la celda modelo, arriba descrita, los electrodos son metales y el electrólito es una solución acuosa de especies iónicas. La pregunta que surge es: ¿Con qué tipos de materiales se pueden hacer electrodos y electrólitos? Esta pregunta también genera otra: ¿Qué pro- piedades son decisivas para la función correspondiente? Electrodos y electrólitos deben de tener una buena conductividad eléctrica con el fin de minimizar cualquier caída de los potenciales∆ϕσ. Sin embargo, la di- ferencia básica entre los materiales de electrodo y de electrólitos es la clase de conducción: electrónica o iónica. En la tabla 1.1 se resumen

Algunas posibilidades. El estado líquido o sólido se encuentra con electrodos y electrólitos. En sistemas técnicos como las celdas de combustible es ventajoso emplear electrólitos sólidos, como por ejemplo en los sistemas de celdas de combustible de óxido sólido “solid oxide fuel cells (SOFC)”, las cuales tienen un material cerámico que puede ser con- ductor de iones oxígeno y que generalmente opera a alta

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temperatura (≤ 1000 °C). En celdas de baja temperatura (≤ 150 °C) el electrólito sólido es una matriz polimérica conductora de iones H+. Una pregunta importante que surge es: ¿Cuál es la dependencia de la conductividad de los materiales con la temperatura? Algunos ejemplos se ilustran en la figura 1.3 en donde la dependencia de la conductividad se representa en forma de gráfica de Arrhenius (log (1/T). La conductividad per se no puede indicarnos si de la combinación electrodo-electrólito resulta en una buena celda, pero por lo menos nos proporciona una información básica que no puede ser ignorada. Las propiedades interfaciales en términos de su promoción catalítica de la reacción electroquímica son decisivas para la velocidad de las reacciones de conversión de energía, por ejemplo, en una celda de combustible

Material:

1 celda de acrílico transparente 1 Ánodo de Níquel 3 Cátodos de Cobre Material Poroso 1 Amperímetro de 0 a 3 Amperes. 1 Fuente de poder de 0 a 20 Volts 2 Pares de conexiones con caimanes 1 Mechero de Busen, anillo y tela con asbesto. 1 Franela 1 Pinzas largas 1 Pinzas para vaso de precipitados 1 Agitador de vidrio 1 Termómetro 1 Vaso de precipitados de 250 cc. 1 vaso de precipitados de 500 cc.

Reactivos:

Solución de NiSO4 6H2O Solución de H2SO4

Agua Destilada

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Procedimiento:

1. Instalar la cuba son solución, colocando el ánodo dentro de la misma.

2. Preparar las muestras de cobre: el decapado se realiza introduciéndolas en la solución de H2SO4. Realizar esta operación con precaución y utilizando las pinzas largas para manipular las muestras.

3. Lavar las muestras con agua destilada y secarlas con una franela.

4. Preparar la solución de sulfato de Níquel calentándola en un vaso de precipitados a una temperatura de 60ºC Al alcanzar la temperatura, retirarla con las pinzas y vaciarla en la cuba de acrílico.

5. Introducir la primera muestra de Cobre (Cátodo), e inmediatamente colocar las conexiones de caimanes en lugar correspondientes.

6. Hacer pasar corriente eléctrica durante 30 segundos, con un voltaje de 6 Volts, desconectar después de transcurrido el tiempo indicado.

7. Repetir 2 veces más la experiencia del punto 6 (observar y tomar nota), al término de cada experiencia apagar la fuente de poder.

Segunda parte

1. Preparar una muestra de Cobre como en la primera parte (puntos 2 y 3).

2. Acercar la muestra aproximadamente a 1 pulgada de separación con el ánodo, hacer pasar la corriente eléctrica durante 30 segundos y un voltaje de 6 Volts (observar y tomar la nota), después extraer la muestra de la solución. Observar y tomar Nota: Al Terminar Apagar La Fuente.

Tercera parte.

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1. Instalar la cuba como la primera parte (ánodo y cátodo en su lugar), prepare una muestra repitiendo las paso 2 y 3.

2. Instalar al centro de la cuba y dentro de la solución caliente el material poroso. Y posteriormente hacer pasar una corriente eléctrica de 6 volts durante 30 segundos, observar y tomar nota, al terminar apagar la fuente de corriente.

3. Dejar todo el material y vaciar la solución de la cuba (Sulfato de Níquel) al vaso precipitados de 500 cc.

Cuestionario:

1. ¿Qué se requiere para que exista depósito en el cátodo?

R=Se necesita que haya un paso de corriente eléctrica a través de la solución electrolítica para que los iones los cuáles se depositan en el cátodo, estos iones son los que se desprenden del ánodo que es el que se oxida el flujo de electrones se da por el paso de corriente eléctrica a través de la solución.

2. Escriba las reacciones de la solución que se llevan a cabo en los electrodos

Ni+1e- → Ni se oxida

Cu → Cu+1e- se reduce

3. ¿Qué función tiene la Fuente de Poder en la práctica?

R= Da energía a la solución para que el ánodo se pueda ionizar y se oxide permitiendo el flujo de electrones al cátodo.

4. El paso de un faradio ¿qué ocasiona?

R= Ocasiona que se deposite o se desprenda un equivalente químico de cualquier sustancia.

5. ¿Qué efecto tiene el acercar el cátodo al ánodo?

R= La ionización ocurre con más de velocidad, ya que la distancia que recorren los electrones de un electrodo al otro es menor.

6. ¿Qué efecto se logra al introducir un material poroso en el centro de la solución (separando el ánodo y el cátodo)?

R= La velocidad de ionización también aumenta.

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7. ¿Cuál es la diferencia entre una celda electrolítica y una celda galvánica?

R= La celda electrolítica a través de energía eléctrica produce una reacción química espontanea y así poder obtener energía química mientras que el de una celda galvánica a partir de una reacción química se obtiene energía química.

8. ¿Por qué se requiere hacer un decapado previo en las muestras?

Es necesario para que el recubrimiento se adhiera mejor y tenga una mayor durabilidad, pues estará libre de grasas e impurezas.

9. ¿Cuál es el efecto de la concentración de la solución en la parte experimental?

La concentración de la solución electrolítica de NiSO4·6H2O es importante debido a que los iones de Ni de la solución son los que forman el recubrimiento en la placa de Cu y los iones de Ni de la placa de Ni cuando se oxida son los que se quedan en la solución acuosa.

Observaciones:

Yo observe que el efecto de recubrimiento de un metal en este caso el niquelado a una placa de cobre y se pudo apreciar que al estar distantes los electrodos, el proceso de niquelado se llevaba con menos eficacia después de acercar más los electrodos el niquelado se obtenía en menos tiempo y al poner una barrera como el material poroso se realizaba con un poco mayor de rapidez.

Conclusiones:

Yo concluyo que en la electrolisis al mantener más cerca los electrodos dentro de la solución por la cual circula una corriente eléctrica el proceso del recubrimiento se lleva a cabo en menos tiempo y cuando se utiliza una pared de corcho esta permite el paso de los iones con mayor rapidez que cuando estaban distantes sin una pared de corcho.

Bibliografía:

Química, Chang Raymond, Mc Graw Hill,

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Química Organica, John McMurry Editorial Thomson

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