AÑO DE LA INTEGRACION Y RECONOCIMIENTO DE NUESTRA DIVERSIDAD.
INGENIERIA INDUSTRIAL TEMA:
Celdas voltaicas
CURSO:
Laboratorio de química I
PRESENTADO POR: CODIGO: SECCION: 324 CICLO:
II
TURNO:
Noche
Fecha: 10/12/12 Profesor(a): Mes: Diciembre
2012-II
Laboratorio de química
Celdas Voltaicas
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RESUMEN
En el presente informe de laboratorio de química I se estudiará las celdas voltaicas con la ayuda de instrumentos, equipos, materiales y reactivos realizaremos varios experimentos con el fin de demostrar que las reacciones químicas producen energía y esta energía puede transformarse en electricidad.
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INTRODUCCION
Bien sabemos que la electroquímica es una rama de la química que estudia la transformación entre la energía eléctrica y la energía química. En otras palabras, las reacciones químicas que se dan en la interface de un conductor eléctrico (llamado electrodo, que puede ser un metal o un semiconductor) y un conductor iónico (el electrolito) pudiendo ser una disolución y en algunos casos especiales, un sólido. Pues bien es necesario reconocer que estas reacciones que se dan de forma cotidiana sin que nos demos cuenta ya que están en la mayoría de los procesos que aprovechamos y hacemos diariamente por ejemplo el cambiar de canal con el control, al estar chateando o al conducir nuestro carro. Este concepto lo vamos a llevar acabo y se va a tratar de demostrar en esta práctica, explicando cómo es que las reacciones que actúan en ella son las conocidas reacciones de oxido-reducción.
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CELDAS VOLTAICAS I) OBJETIVOS OBJETIVOS GENERALES
Recoger valores experimentales de voltaje en varias reacciones.
Aprender a utilizar los equipos de laboratorio.
Familiarizarse con los conceptos de las celdas voltaicas.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Preparar celdas electroquímicas y medir cuantitativamente algunos sistemas espontáneos de oxidación - reducción.
Conocer el sistema químico de una pila y estar en condiciones de identificar los electrodos para el cálculo de potenciales.
Demostrar que las reacciones químicas producen energía y que esta energía es electricidad.
Que estas reacciones químicas son reacciones de oxidación y otras de reducción
II) PRINCIPIOS TEORICOS ELECTROQUIMICA Electroquímica es una rama de la química
que
transformación
estudia entre
la
la
energía
eléctrica y la energía química. En otras
palabras,
las
reacciones
químicas que se dan en la interfase de un conductor eléctrico (llamado electrodo, que puede ser un metal o un semiconductor) y un conductor iónico (el electrolito) pudiendo ser una disolución y en algunos casos especiales, un sólido. Si una reacción química es conducida mediante una diferencia de potencial aplicada externamente, se hace referencia a una electrólisis. En cambio, si la caída de potencial eléctrico, es creada Laboratorio de química
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como consecuencia de la reacción química, se conoce como un "acumulador de energía eléctrica", también llamado batería o celda galvánica. Las reacciones químicas donde se produce una transferencia de electrones entre moléculas se conocen como reacciones redox, y su importancia en la electroquímica es vital, pues mediante este tipo de reacciones se llevan a cabo los procesos que generan electricidad o en caso contrario, son producidos como consecuencia de ella. En general, la electroquímica se encarga de estudiar las situaciones donde se dan reacciones de oxidación y reducción encontrándose separadas, físicamente o temporalmente, se encuentran en un entorno conectado a un circuito eléctrico. Esto último es motivo de estudio de la química analítica, en una sub disciplina conocida como análisis potencio métrico.
CELDAS VOLTAICAS Una celda galvánica o celda voltaica consta de dos semi celdas o semi células conectadas eléctricamente mediante un conductor metálico, y también mediante un puente salino. Cada semi célula consta de un electrodo y un electrolito. Las dos semi células pueden utilizar el mismo electrolito, o pueden utilizar electrolitos diferentes. Las reacciones químicas en la celda pueden implicar al electrolito, a los electrodos o a una sustancia externa (como en las pilas de combustible que puede utilizar el hidrógeno gaseoso como reactivo). En una celda voltaica completa, las especies químicas de una semi celda pierden electrones (oxidación) hacia su electrodo mientras que las especies de la otra semi celda ganan electrones (reducción) desde su electrodo. Un puente
salino
se
emplea a menudo para proporcionar
un
contacto iónico entre las dos medias celdas con
electrolitos
diferentes, para evitar que las soluciones se mezclen y provoquen reacciones colaterales no
deseadas.
puente
salino
Este puede
ser simplemente una tira de papel de filtro empapado en solución saturada de algún Laboratorio de química
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nitrato. Otros dispositivos para lograr la separación de las disoluciones son vasijas porosas y disoluciones gelificadas. También se les denomina semi reacciones pues en cada una de ella tiene lugar una parte de la reacción redox: y la pérdida de electrones (oxidación) tiene lugar en el ánodo y la ganancia de electrones (reducción) en el cátodo. A continuación se presentaran ciertas partes de una celda voltaica.
PUENTE SALINO Cuando los electrones salen de una semicelda de la pila galvánica y fluyen a la otra, se establece una diferencia de potencial entre ellas. Si no se utilizara un puente salino, esta diferencia de potencial evitaría el flujo de más electrones. Un puente salino permite el flujo de los iones para mantener un equilibrio en la carga entre los recipientes de la oxidación y la reducción mientras mantiene separado el contenido de cada uno. Con la diferencia de carga equilibrada, los electrones pueden fluir una vez más, y las reacciones de reducción y oxidación pueden continuar. En general, es preferible mantener las dos celdas separadas desde el punto de vista de la eliminación de las variables en un experimento. Cuando no se permite el contacto directo entre los electrólitos, no es necesario tener en cuenta las posibles interacciones entre las especies iónicas. La técnica permite, más concretamente, la libertad de elección de los iones en solución. Por ejemplo, una mezcla de dos cationes diferentes en la solución podría resultar en la reducción preferencial del no deseado para los fines del experimento. Con un puente salino, el catión deseado (átomos positivo) está aislado en un recipiente, mientras que el catión en el otro recipiente puede ser elegido para hacer el experimento más fácil, por ejemplo, utilizando una sal de la especie aniónica (negativa) más soluble, o más estable. Entonces comprendemos que un puente salino es un dispositivo utilizado para conectar las semiceldas de oxidación y reducción de una celda voltaica. La función del puente salino es la de aislar los contenidos de las dos partes de la celda mientras se mantiene el contacto eléctrico entre ellas. Estos puentes salinos son de dos tipos de cristal y de papel filtro:
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PUENTES SALINOS DE TUBO DE CRISTAL Este tipo de puentes salinos consisten en un tubo de vidrio en forma de U lleno de un electrólito relativamente inerte, normalmente se utilizan yoduro o sulfato, aunque también se utilicen soluciones de nitrato. El electrólito es a menudo gelificado con agar-agar para ayudar a prevenir la mezcla de líquidos que de lo contrario podrían ocurrir. La conducción de electricidad desde una solución electrolítica a la otra ocurre por un desplazamiento de los iones positivos en el puente en una dirección y los iones negativos en otra dirección. La conductividad de un puente salino de tubo de vidrio, depende principalmente de la concentración dela solución electrolítica. Un aumento en la concentración por debajo de la saturación aumenta la conductividad. Un contenido de electrolitos mayor que la saturación y un diámetro de tubo estrecho pueden ambos disminuir la conductividad.
PUENTES SALINOS DE PAPEL FILTRO El otro tipo de puentes salinos consiste en un papel de f iltro, también empapado en un electrólito relativamente inerte, generalmente cloruros de potasio o de sodio, ya que son químicamente inertes. No se requiere ningún agente de gelificación ya que el papel de filtro proporciona un medio sólido para la conducción. La conductividad de este tipo de puentes salinos depende de una serie de factores: de la concentración de la solución electrolítica, de la textura del papel de filtro y de la capacidad de absorción del papel de filtro. En general, una textura más suave y una mayor absorbencia equivalen a una mayor conductividad.
ANODO El ánodo es un electrodo en el cual se produce la reacción de oxidación. Un error muy extendido es que la polaridad del ánodo es siempre positivo (+). Esto es a menudo incorrecto y la polaridad del ánodo depende del tipo de dispositivo, y a veces incluso en el modo que opera, según la dirección de la corriente eléctrica, basado en la definición de corriente eléctrica universal. En consecuencia, en un dispositivo que consume energía el ánodo es positivo, yen un dispositivo que proporciona energía al ánodo es negativo. El término fue utilizado por primera vez por Faraday con el significado de camino ascendente o de Laboratorio de química
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entrada, pero referido exclusivamente al electrolito de una celda electroquímica. Su vinculación al polo positivo del correspondiente generador implica la suposición de que la corriente eléctrica marcha por el circuito exterior desde el polo positivo al negativo, es decir, transportada por cargas positivas. Parecería lógico definir el sentido de la corriente eléctrica como el sentido del movimiento de las cargas libres, sin embargo, si el conductor no es metálico, también hay cargas positivas moviéndose por el conductor externo (el electrolito de nuestra celda) y cualquiera que fuera el sentido convenido existirían cargas moviéndose en sentidos opuestos. Se adopta por tanto, el convenio de definir el sentido de la corriente al recorrido por las cargas positivas cationes, y que es por tanto el del positivo al negativo (ánodo - cátodo).En una reacción redox corresponde al elemento que se oxidará.
CATODO El cátodo es un electrodo en el cual se produce la reacción de reducción. Un error muy extendido es que la polaridad del cátodo es siempre negativa (-). La polaridad del cátodo depende del tipo de dispositivo, y a veces incluso en el modo que opera, según la dirección de la corriente eléctrica, basado en la definición de corriente eléctrica universal. En consecuencia,
en
un
dispositivo
que
consume
energía el cátodo es negativo, y en un dispositivo que proporciona energía al cátodo es positivo. El término fue inventado por Faraday, con el significado de camino descendente o de salida , pero referido exclusivamente al electrolito de una celda electroquímica. Su vinculación al polo negativo del correspondiente generador implica la suposición de que la corriente eléctrica marcha por el circuito exterior desde el polo positivo al negativo, es decir, transportada por cargas positivas, convención que es la usual. Si el conductor externo fuera metálico, está demostrado que el sentido de la corriente realmente es el recorrido por los electrones hacia el positivo. Sin embargo, en una célula electrolítica, el conductor es el electrolito, no un metal, y en él pueden coexistir iones negativos y positivos que tomarían sentidos opuestos al desplazarse. Por convenio se adopta que el sentido de la corriente es el del ánodo al cátodo o, lo que es lo mismo, del positivo al negativo. Por ende, en una reacción redox corresponde al elemento que se reducirá.
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ELECTRODO Un electrodo es una placa de membrana rugosa de metal, un conductor utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito, por ejemplo un semiconductor, un electrolito, el vacío, un gas. La palabra fue acuñada por el científico Michael Faraday y procede de las voces griegas elektron , que significa ámbar y de la que proviene la palabra electricidad ; y hodos, que significa camino
ELECTROLITOS Un electrolito o electrólito es cualquier sustancia que contiene iones libres, los que se comportan como un medio conductor eléctrico. Debido a que generalmente consisten de iones en solución, los electrólitos también son conocidos como soluciones iónicas, pero también son posibles electrolitos fundidos y electrolitos sólidos. Comúnmente, los electrolitos existen como soluciones de ácidos, bases o sales. Más aún, algunos gases pueden comportarse como electrolitos bajo condiciones de alta temperatura o baja presión. Las soluciones de electrolitos se forman normalmente cuando una sal se coloca en un solvente tal como el agua, y los componentes individuales se disocian debido a las interacciones entre las moléculas del solvente y el soluto, en un proceso denominado solvatación. En términos simples, el electrólito es un material que disuelve en agua para dar una solución que conduzca una corriente eléctrica, los cuales se pueden clasificar en electrolitos fuertes, débiles y no electrolitos. Los electrolitos fuertes son compuestos como ácidos y bases fuertes mientras que los electrolitos débiles son los que están compuestos de ácidos y bases débiles, para completar la definición los no electrolitos son las sustancias que no conducen electricidad, como los compuestos orgánicos.
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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
a) Materiales:
Computadora
Vernier interfaz de la computadora
Logger Pro
Sonda de voltaje
Vasos de precipitados
Tubo en U para puente salino
Electrodos de Cu, Zn y Pb
Cables conectores
Bagueta
Piceta.
a) Reactivos
Sulfato de Cobre, CuSO4 0.1M
Sulfato de Zinc, ZnSO4 0.1M
Solución saturada de KCl
Sulfato de Plomo, PbSO4 0.1M
Agua destilada
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DIAGRAMA DE PROCESOS EXPERIENCIA LEY DE HESS
Conectar la sonda a la interfaz
Verificar
Que el botón tomar datos se encuentre en verde
Realizar el
En un vaso de 50 ml
montaje del
agregar sulfato de cobre
equipo Introducir El electrodo de cobre limpio
Unir El electrodo de cobre al terminal positiivo
Agregue En otro vaso sulfato de Zinc
Unir Cerrar El circuito con el puente salino
El electrodo al terminal negativo
Registrar
El voltaje mostrado y comparar con el valor teórico
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IV) BIBLIOGRAFIA
Fenómenos químicos Autor: Carlos Arturo Correa Volumen I Pág. 288
Química Teoría y Practica Autor: Walter Cartolin Cuarta edición Pág. 608
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