ING.QUIMICA
Electrometalurgia Unidad I: Celda Galvánica Integrantes: Avelaura Garay Antonio De la Cruz Méndez #14130376 Sara Gabriela Vázquez Moreno #14130397
Maestra: Ing. Kenia Crispin García
Objetivo: Identificar los elementos que componen una celda galvánica. Marco Teórico:
Las celdas galvánicas (también llamadas voltáicas) almacenan energía química. En éstas, las reacciones en los electrodos ocurren espontáneamente y producen un flujo de electrones desde el cátodo al ánodo (a través de un circuito externo conductor). Dicho flujo de electrones genera un potencial eléctrico que puede ser medido experimentalmente.
COMPONENTES DE UNA CELDA GALVANICA La hemicelda en la cual se lleva a cabo la reacción de reducción se llama cátodo, mientras que la hemicelda en la que se lleva a cabo la oxidación se denomina ánodo. Las hemiceldas están unidas por el alambre conductor externo y el puente salino. Un puente salino es un dispositivo que contiene una dispersión iónica (puede ser una solución salina o una sal dispersa en gel de Agar Agar). Tiene por objetivo: 1. Separar físicamente las hemiceldas. 2. Unir eléctricamente las hemiceldas. 3. Evitar la polarización de celdas. En el caso de las celdas galvánicas también debe existir una diferencia de potencial eléctrico, y el trabajo que realiza cada unidad de carga al ir de un punto a otro se denomina FUERZA ELECTROMOTRIZ (f.e.m.). Estas magnitudes son numérica y dimensionalmente iguales. Ya que es igual a la diferencia de potencial, lo que se hace es darle valores referenciales de potencial a los diversos procesos de oxidación y reducción. Estos valores dependen de las condiciones de temperatura, presión y concentración en que se lleve a cabo el proceso.
El electrodo estándar de hidrogeno es un dispositivo en los cuales hay iones hidronio en concentración 1M e hidrogeno gaseoso a 1 atmósfera, el sistema se mantiene a 25°C (condiciones standard). Cuando el electrodo de hidrógeno se usa en la construcción de una celda galvánica junto con otro electrodo, permite calcular el potencial estándar de éste electrodo.
Los potenciales estándar de oxidación o reducción son valores qu e están tabulados y que se toman como referencia para poder determinar el potencial de la celda. Los potenciales de semireacción son propiedades intensivas de la materia. Están calculados tomando en cuenta las condiciones estándar de las semiceldas. Veremos a continuación, un ejemplo de celda voltaica:
La pila galvánica, consta de una lámina de zinc metálico, Zn (electrodo anódico), sumergida en una disolución de sulfato de zinc, ZnSO 4, 1 M (solución anódica) y una lámina de cobre metálico, Cu (electrodo catódico), sumergido en una disolución de sulfato de cobre, CuSO 4, 1 M (solución catódica). El funcionamiento de la celda se basa en el principio de que la oxidación de Zn a Zn2+ y la reducción de Cu 2+ a Cu se puede llevar a cabo simultáneamente, pero en recipientes separados por un puente salino, con la transferencia de electrones, e -, a través de un alambre conductor metálico externo. Las láminas de zinc y cobre son electrodos. Los electrodos son la superficie de contacto entre el conductor metálico y la solución de semicelda (anódica o catódica).Si el electrodo no participan de la reacción r edox (ni se oxida ni se reduce), se le llama electrodo inerte o pasivo. Cuando participa de la reacción redox, como es este caso, se denomina electrodo activo. El electrodo en el que se produce la oxidación es el ánodo y en el que se lleva a cabo la reducción es el cátodo. Los electrones quedan libres a medida que el zinc metálico se oxida en el ánodo; fluyen a través del circuito externo hacia el cátodo, donde se consumen conforme el Cu 2+(ac) se reduce. Puesto que el Zn(s) se oxida en la celda, el electrodo de zinc pierde masa y la concentración de Zn2+(ac) en la solución aumenta con el funcionamiento de la celda. De manera similar, el electrodo de cobre gana masa y la solución de Cu 2+(ac) se hace menos concentrada a medida que el éste se reduce a Cu(s). Ánodo (oxidación) Cátodo (reducción)
Zn(s) 2+ Cu (ac)
→
+
Zn2+(ac) 2e →
+ 2eCu(s)
Un puente salino se compone de un tubo en forma de "U" que contiene una solución muy concentrada de un electrólito, (por ejemplo: NaNO 3(ac), NH4NO3(ac), NaCl(ac), KNO3(ac), entre otros) cuyos iones no reaccionan con los otros iones de la celda ni con el material de los electrodos. El electrólito se suele incorporar en un gel para que la solución de electrólito no escurra cuando se invierte el tubo en U. A medida que se produce la oxidación y la reducción de los electrodos, los iones del puente salino emigran para neutralizar la carga en los compartimientos de la celda. Los aniones emigran hacia el ánodo y los cationes hacia el cátodo.
Elaboración de una pila Galvánica: Materiales y Equipo: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
1/2 ltr de vinagre Tres limones Dos caimanes Un cable de cobre Dos frascos de vidrio 1 voltímetro Monedas de cobre y zinc Una lija
Procedimiento: 1. Tomar tres monedas de cobre y lijar su superficie para quitar el aislante o recubrimiento, lo mismo se hace con las monedas de zinc. 2. Una vez lijadas las monedas se ponen empalmadas agarradas por el caimán utilizando uno rojo para las de cobre y uno negro para las de zinc esto con la finalidad de diferenciar el positivo del negativo. 3. En dos frascos de vidrio agregamos una solución de vinagre con Jugo de limón, colocamos un puente salino de cobre. 4. Poner las monedas de zinc en un frasco dentro de la solución y lo mismo para las monedas de cobre en el segundo frasco, esperamos un tiempo aproximado de 10 min y con un voltímetro medimos el voltaje producido e n la pila. Resultados: Se cumplió el objetivo esperado y se logró medir una corriente.
Observaciones: * Al utilizar solo vinagre como solución electrolítica no se generaba nada de ener gía eléctrica hasta que le agregamos zumo de limón * Una parte fundamental para que se generara el flujo de electrones fue el cambio de puente salino ya que cambiamos la servilleta por un cable de cobre lo que hizo un mejor flujo de iones a través de las soluciones * Para poder ver una medida voltaica se tiene que esperar un tiempo aproximadamente de 10 min.
Conclusión: De acuerdo a los resultados podemos concluir que la producción de energía eléctrica puede ser generada por medio de soluciones electrolíticas utilizando distintos metales dentro de esta solución jugando el papel de ánodo y cátodo para poder hacer el flujo de electrones y así generarnos la energía eléctrica Bibliografía: http://www.fullquimica.com/2013/04/partes-de-una-celda-electrolitica.html https://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/pila-galvanica http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/42-celdas-galvanicas-oceldas-voltaicas.html https://www.fisicanet.com.ar/quimica/electrolisis/ap02_electrolisis.php
