LABORATORIO N º 9 ELECTROQUIMICA: ELECTROLISIS Y LEYES DE FARADAY SEMESTRE I/2011 La ele&"ro e'o!i&in e! el re$rimien"o ele&"rol"i&o 3#e !e realiza a #n o$je"o &on 5ne! e&ora"i%o! o e 'ro"e&&in an"i&orro!in- la! rea&&ione! e &orro!in !on e na"#raleza ele&"ro3#mi&a- 4a 3#e im'li&an "ran!+eren&ia e ele&"rone! en"re el me"al 3#e !#+re el a"a3#e 63#e a&"a &omo aor ele&"rni&o o (noo7 4 #na !e#na !#!"an&ia 3#e re&i$e "ale! ele&"rone!- 4 3#e 'or "an"o !e re#&e- a&"#ano &omo o8ian"e en la rea&&in reo8) M#&=a! 'ar"e! me"(li&a! !e 'ro"een e la &orro!in 'or ele&"ro e'o!i&in- 'ara 'ro#&ir #na 5na &a'a 'ro"e&"ora e me"al) En e!"e 'ro&e!o- la 'ar"e 3#e %a a !er re$ier"a &on!"i"#4e el &("oo e #na &ela ele&"rol"i&a) El ele&"roli"o e! #na !al 3#e &on"iene &a"ione! el me"al e re$rimien"o) Se a'li&a #na &orrien"e &on"in#a 'or meio e #na +#en"e e alimen"a&in- "an"o a la 'ar"e 3#e %a a !er re$ier"a &omo al o"ro ele&"roo) Un ejem'lo e e'o!i&in en %aria! &a'a! e! la el &romao e lo! a#"om%ile!) En el &romao la ele&"ro e'o!i&in &on!"a e #na &a'a in+erior e &o$re- #na in"ermeia e n3#el 4 #na &a'a !#'erior e &romo)
2.).1 LA ELECTRODE*OSICION DEL COBRE En #na &ela ele&"rol"i&a !e 'ro#&e #na rea&&in reo8 no e!'on"(nea !#mini!"rano enera el*&"ri&a al !i!"ema 'or meio e #na $a"era o #na +#en"e e alimen"a&in) La $a"era a&"a &omo #na $om$a e ele&"rone!- arran&(nolo! el (noo 4 em'#j(nolo! al in"erior el &("oo) Den"ro e la &ela- 'ara 3#e !e man"ena la ele&"ro ne#"ralia- e$e orrir #n 'ro&e!o 3#e &on!#ma ele&"rone! en el &("oo 4 3#e lo! enere en el (noo) E!"e 'ro&e!o e! #na rea&&in reo8) En el &("oo "enr( l#ar la re#&&in e #n ion al a&e'"ar *!"e lo! ele&"rone! remi"io! e!e el (noo- en el (noo !e eneran ele&"rone! e$io a la o8ia&in e #n me"al # o"ra !#!"an&ia) El me"al !o$re el 3#e !e %a a 'ro#&ir el e'!i"o e &o$re !e &olo&a &omo &("oo9 en n#e!"ro &a!o- #n aro- #na monea- e"&) El ele&"roli"o e! #na i!ol#&in e !#l+a"o e &o$re 6C#SO7 3#e a'or"a C#@2) ,or l"imo- el (noo e! #n ele&"roo e &o$re a o! ("omo! la $a"era arran&a ele&"rone!- &arano 'o!i"i%amen"e e!"e ele&"roo 4 enerano n#e%o! ione! e &o$re) .*a!e 5#ra 2)
Fi#ra 2)
LABORATORIO N º 9 ELECTROQUIMICA: ELECTROLISIS Y LEYES DE FARADAY SEMESTRE I/2011 La $a"era 6eneraor e &orrien"e &on"in#a7 al arran&ar ele&"rone! el &o$re ani&o- o&a!iona o8ia&in e e!"e me"al: C#2@6a37 2e
C# 6!7
@
Lo! ele&"rone! llear(n al &("oo im'#l!ao! 'or la $a"era) Una %ez all- re#&ir(n a lo! ione! &'ri&o! 're!en"e! en el ele&"roli"o: C#2@6a37 2e
@
C# 6!7
De e!"a manera- en el &("oo !e %a +ormano #n 're&i'i"ao e &o$re 3#e !e e'o!i"a &omo #na 5na &a'a e &olor rojizo en la !#'er5&ie el aro- monea- e"&) E8i!"e aem(! #na rela&in !im'le en"re la &an"ia e ele&"ri&ia 3#e 'a!a a "ra%*! e #na &ela ele&"rol"i&a 4 la &an"ia e !#!"an&ia e'o!i"aa en *l &("oo) Am$a! &an"iae! !on ire&"amen"e 'ro'or&ionale! 6le4 e ele&"rli!i! e Faraa47) El e!"#io e la ele&"roli!i! lo realizo el 3#mi&o +!i&o $ri"(ni&o Mi&=ael Faraa4a! le4e! '#een re!#mir!e el !i#ien"e moo:
2.+ *RIMERA LEY DE FARADAY La &an"ia e #na !#!"an&ia e'o!i"aa o i!#el"a 3#e in"er%iene en #na rea&&in ele&"rol"i&a e! ire&"amen"e 'ro'or&ional a la &an"ia e &ara 6in"en!ia e &orrien"e 4 al "iem'o7 3#e ;#4e- e! e&ir a la &an"ia e ele&"ri&ia 3#e 'a!a a "ra%*! e la !ol#&in)
Done: Qo E! el %alor e la &on!"an"e e Faraa4 o !ea G00 lom$io! / e3) mo E! el 'e!o e3#i%a1en"e el =ireno) m1 E! la ma!a "eri&a e =ireno 'ro#&io #ran"e la ele&"rli!i!)
2., SEGUNDA LEY DE FARADAY La ma!a e i+eren"e! !#!"an&ia! 'ro#&ia! 'or el 'a!o e la mi!ma &an"ia e ele&"ri&ia e! ire&"amen"e 'ro'or&ional a !#! 'e!o! e3#i%alen"e!) HD#ran"e la ele&"roli!i!- G00 C#lom$io! e ele&"ri&ia an #n 'e!o e3#i%alen"e e al3#ier !#!"an&ia
LABORATORIO N º 9 ELECTROQUIMICA: ELECTROLISIS Y LEYES DE FARADAY SEMESTRE I/2011
1 F'#'$'- 9/,00 Col 1 E3g 4 CURIOSIDADES La 'rimera %ez 3#e !e #"ilizo ele&"ri&ia 'ara !e'arar #n &om'#e!"o en !#! 'ar"e! &om'onen"e! +#e en 1J00- ano #n &ien"5&o inl*! llamao Killiam i&=ol!on =izo 'a!ar #na &orrien"e el*&"ri&a e!e #na ,ila e .ol"a a "ra%*! e #na! o"a! e a#a) Q#e 'a!mao al %er 3#e el a#a e!a'are&a- +orm(no!e en !# l#ar $#r$#ja! e o8eno e =ireno)
). *ROCEDIMIENTO. En e!"a 'r(&"i&a !e !i#ieron o! 'ro&eimien"o!- el 'rimero +#e el e ele&"roli!i! el a#a) ,ara ello !e "ra$ajo &on el %ol"(me"ro e Boman 65#ra 17- el al &on"ena a#a a&i#laa- l#eo !e 'ro&ei a en&ener la +#en"e 4 !e e!'ero #no! 12 min#"o! 'ara 3#e !e +ormen lo! a!e! e O 2 e B 2 en lo! re!'e&"i%o! "#$o! !e %io 3#e la 'ar"e 3#e !e e!'reni el o8ieno "#$o #na menor al"#ra 3#e la el =iroeno) ,ara la !e#na 'ar"e- el al era la e'o!i&in ele&"rol"i&a e #n me"al !e i!'#!o el armao e la 5#ra 2- l#eo !e em'ezaron a lijar lo! ele&"roo!- lo! ale! +#eron #na 'ale"a e &o$re- # el o"ro +#e 'rimeramen"e #na lla%e 4 l#eo #na monea- !e miieron la! ma!a! e am$o! ele&"roo!) Con lo! ele&"roo! 4a lim'io! !e 5jaron lo! &a$le! &aimane! a lo! ele&"roo! iano 3#e e!"o! &a$le! no "o3#en la !ol#&in ele&"rol"i&a) L#eo !e e!'ero a 3#e lo! ele&"roo! e!"#%ieran !#merio! #no! min#"o!- !e !e&aron am$o! ele&"roo! 4 l#eo !e lo! %ol%i a 'e!ar- no"ano 3#e e!"o! =a$an a#men"ao !# ma!a)
+. MATERIALES Y REACTIVOS. Lo! ma"eriale! 3#e #!amo! 'ara el 're!en"e La$ora"orio !on lo! !i#ien"e!:
MATERIAL
F#en"e &on"in#a
e
CARACTERISTICAS
&orrien"e
CANTIDA D 1
Ca$le! &one&"ore!
M#l"i"e!"er
1
Termme"ro
1
LABORATORIO N º 9 ELECTROQUIMICA: ELECTROLISIS Y LEYES DE FARADAY SEMESTRE I/2011
,i'e"a ra#aa
10 ml
1
Ele&"roo!
C#- n- Fe
N
Ma"raz a+orao
2G0 ml
2
.a!o e 're&i'i"ao
2G0 ml
2
,i!e"a
1
Ce'illo
1
alanza
Dii"al
.irio reloj Cronme"ro
1 Dii"al
Y lo! rea&"i%o! 3#e #"ilizamo! !on:
REACTIVO
CARACTERISTICA
A#a e!"ilaa A&io !#l+ri&o
Al GP
S#l+a"o e &o$re
') a)
,. DATOS RECOLECTADOS. Ele&"roli!i! el a#a
1
1
LABORATORIO N º 9 ELECTROQUIMICA: ELECTROLISIS Y LEYES DE FARADAY SEMESTRE I/2011
INTENSIDAD DE CORRIENTE 5A67 TIEM*O DE ELECTROLISIS 5867 TEM*ERATURA AMBIENTE 5C67 VOLUMEN DE %IDROGENO 5:!)67 ALTURA DE %IDROGENO 5:!6 VOLUMEN DE O4IGENO 5:!)67 ALTURA DE O4IGENO 5:!6 T';l' 1.
0)2 12)0 1 N2)2 2G)J 1)2 1)G
Como !e '#ee %er e!"(n lo! a"o! re&ole&"ao! el o8ieno 4 el =ireno re&ole&"ao 'or meio e la ele&"roli!i! el a#a
Ele&"ro e'o!i&in el &o$re
LLAV E INTENSIDAD DE 0)1N CORRIENTE 5A67 TIEM*O DE ELECTROLISIS 5867 *ESO ANODO INICIAL 5g67 1)J2 *ESO CATODO INICIAL 5g67 )NJ *ESO ANODO FINAL5g67 1)J1 *ESO CATODO FINAL5g67 )N2 CONCENTRACION DEL 0)G ELECTROLITO T';l' 2.
MONE DA 0)1N 1)J2 N)J0N 1)J02 N)J1 0)G
En e!"a "a$la e!"a l a re&ole&&in e a"o! e la ele&"roe'o!i&in el &o$re- &omo !e '#ee %er la 'r(&"i&a !e =izo o! %e&e!- &on o! &("oo! i+eren"e!)
/. CALCULOS Y RESULTADOS OBTENIDOS. ,rimeramen"e "ra$ajaremo! &on la "a$la 16ele&"roli!i! el a#a7 1) Callaremo! la &ara "ran!+eria meian"e la rela&in: Q = I ∗t Done HQ e! la &ara en C#lom$io!- H I e! la in"en!ia e &orrien"e meia en Am'erio! 6A7 4 H t e! el "iem'o meio en !e#no!) La &ara en"on&e! !er(:
LABORATORIO N º 9 ELECTROQUIMICA: ELECTROLISIS Y LEYES DE FARADAY SEMESTRE I/2011 Q =0.24 [ A ]∗12.06 [ min ] ×
60
[s]
1 [ min ]
=173.7 [ coul ]
Q 173.7 [ coul ] =
2) Callar la ma!a e Bireno 3#e !e =a 'ro#&io a'li&ano la 'rimera le4 e Faraa4 Q m1 = Q 0 m0 P
Atmosferica
h
Hg
P
H2
A
m 1=
m0∗Q Q0
B
[ g / eq − g ]∗173.7 [ coul ] = 0.0009 gramos 96500 [ coul / eq − g ]
=0.5
La ma!a e =ireno "eri&o !er(: m =0.9 miligramos de H 2 N) Callar la ma!a e8'erimen"al e =iroeno 'ro#&ia em'leano la ea&in eneral e lo! a!e! en la! &oni&ione! e %ol#men- "em'era"#ra 4 're!in el !i!"ema e la e8'erien&ia) H 2 ,ara lo! &(llo! e la ma!a e8'erimen"al el - !e "ra$ajaran &on lo! a"o! e la "a$la 1) Como !e '#ee a're&iar en la 5#ra N- !e i#alaran lo! '#n"o! e 're!ione! e A 4 P A = P B
LABORATORIO N º 9 ELECTROQUIMICA: ELECTROLISIS Y LEYES DE FARADAY SEMESTRE I/2011 ¿
Patm+ h Hg = P H + Pv 2
Como ne&e!i"amo! la 're!in el
H 2
e!'ejamo! e la ea&in:
¿
P H = P atm+ h Hg− P v 2
Reem'lazano e!"( en la ea&in e e!"ao "enemo!: P∗V =n∗ R∗T m P∗V = ∗ R∗T M
De!'ejano la ma!a 4 reem'lazano la 're!in e m=
Fig#' ).
H 2
"enemo!:
P H ∗V ∗ M 2
R∗T
Reem'lazano "enemo!: ¿ Patm + h Hg − Pv )∗V ∗ M ( m= R∗T Reem'lazano a"o! "enemo!: m=
La ma!a "eri&a e!: [ g / eq− g ]∗173.7 [ coul ] = m 1 =8 0.0144 gramos 96500 [ coul / eq − g ] m =0.0144 gramos
La ma!a e8'erimen"al e!: m=
(
495 mmHg+
25.8 13.6
)
mmHg−10.9 mmHg ∗0.0162 l∗32 g / mol mmHg−l 62.4 ∗287 K K −mol
La ma!a E8'erimen"al e m =0.0141 gramos
El error e la ma!a e!:
O2
e!:
=0.0141 gramos
LABORATORIO N º 9 ELECTROQUIMICA: ELECTROLISIS Y LEYES DE FARADAY SEMESTRE I/2011
T">#i :o 0)01
E<="#i! "(t'l
? $" E##o# 0.0144− 0.0141
0)011
0.0144
× 100 =2.1
T';l' ,. Callano e8'erimen"almen"e la le4 e Faraa4: 8 [ g / eq − g ] Q 0= ∗173.7 [ coul ] =98553.2 [ coul / eq −g ] 0.0141 [ g ] Q 0=98553.2 [ coul / eq − g ]
Y el error !er(:
T">#i :o
E<="#i! "(t'l
? $" E##o# 98553.2 −96500
G00
JGGN)2
98553.2
× 100
2.1
=
T';l' /. A=ora "ra$ajaremo! &on la Ele&"roe'o!i&in el &o$re: ,rimeramen"e 'ara la lla%e #!aa &omo &("oo: ,ara ello !e "ra$ajar( &on la "a$la 2: Q = I ∗t = 0.13 A∗4 min=31.2 C La ma!a "eri&a li$eraa 'or el (noo !er( [ g / eq− g ]∗31.2 [ coul ] = m 1=31.77 0.0103 gramos 96500 [ coul / eq − g ] m =0.0103 gramos
A=ora &allamo! la ma!a e8'erimen"al li$eraa 'or el (noo e aero a la "a$la 2: 16.824 g−16.814 g =0.01 g A=ora !a&amo! el 'or&en"aje e error e i&=a! ma!a!:
T">#i :o 0)010 N
E<="#i! "(t'l
? $" E##o# 0.0103−0.0100
0)0100
0.0103
T';l' @.
× 100 =2.65
LABORATORIO N º 9 ELECTROQUIMICA: ELECTROLISIS Y LEYES DE FARADAY SEMESTRE I/2011
De la mi!ma +orma 'ara la monea #!aa &omo &("oo: Q = I ∗t = 0.13 A∗4 min=31.2 C La ma!a "eri&a li$eraa 'or el (noo !er( [ g / eq− g ]∗31.2 [ coul ] = m 1=31.77 0.0103 gramos 96500 [ coul / eq − g ] m =0.0103 gramos
A=ora &allamo! la ma!a e8'erimen"al li$eraa 'or el (noo e'o!i"ao en *l &("oo- e aero a la "a$la 2: 3.803 g −3.816 g= 0.013 g A=ora !a&amo! el 'or&en"aje e error e i&=a! ma!a!:
T">#i :o
E<="#i! "(t'l
0)010 N
0)01N0
? $" E##o# 0.0130 −0.0103 0.0130
× 100
20.8
=
T';l' .
@. CONCLUSIONES. ,ara la 'rimera 'ar"e- la al e! la ele&"roli!i! el a#a 'oemo! %er 3#e la ma!a &allaa "an"o "eri&a &omo e8'erimen"al el =ireno "ienen #n al"o error- 3#e llea &a!i a #n G0P- &omo !e '#ee %er en la "a$la N) Tam$i*n 'or meio el =ireno al o$"ener la &on!"an"e e Faraa4 e!"e "am$i*n "#%o #n &on!iera$le error) Mien"ra! 3#e 'or la 'ar"e el o8ieno- "an"o en la ma!a "eri&a &omo e8'erimen"al !e "#%o #n error 3#e '#ee 'a!ar 'or %alio- !e o$!er%a en la "a$la G- 3#e !e "iene #n error e #n 2P) E!"o "am$i*n !e '#ee a're&iar en la 'ar"e el &(llo e8'erimen"al e la le4 e Faraa4 "iene #n error e #n 2)1P 6"a$la 7) E!"o! errore! !e '#een e$er a la +al"a e iao en la 'r(&"i&a- &omo 'or ejem'lo +a&"ore! e8"erno! a ello! 6.aria&in e la "em'era"#ra- %aria&in e %olmene! 4 o"ro! +a&"ore! +!i&o!7) ,ero !e '#ee ar &omo %(lia! la! le4e! e Faraa4) ,ara la 'ar"e e la ele&"roe'o!i&in el &o$re- &on la lla%e # "ilizaa &omo &("oo el error 3#e !e "iene "an"o en la ma!a 3#e el (noo e'o!i"a en e!"a- e! &a!i e3#i%alen"e e8'erimen"almen"e &omo "eri&o) El 'or&en"aje e error &ome"io en e!"a 'ar"e e! e &a!i #n NP) Mien"ra! 3#e ano !e #"ilizo la monea &omo &("oo !e "#%o #n error m#&=o m(! al"o) Lo! errore! !e '#een e$er a %ario! +a&"ore! "an"o +!i&o! &omo 3#mi&o!- &omo 'or ejem'lo en la lim'ieza el &("oo- el al no !e e$i lim'iar 'or lo! ori5&io! 3#e e!"o! "enan- 4a 3#e no eran en !# "o"alia li!o!- "am$i*n a la %aria&in e "em'era"#ra- aem(! a 3#e no !e e8'#!o #ni+ormemen"e lo! i+eren"e! &("oo! a
LABORATORIO N º 9 ELECTROQUIMICA: ELECTROLISIS Y LEYES DE FARADAY SEMESTRE I/2011 la !ol#&in 6&one&"ao &on la &orrien"e7 'or "ener iao 3#e la! &one8ione! no !e e8'onan a la !ol#&in)