JU8LFQ-E UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULT ACULTAD DE QUIMICA QUIMIC A E ING. QUIMICA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE FISICOQUIMICA
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA
TEMA
ELECTROQUIMICA
PROFESOR ALUMNOS
Ing. ALEJANDRO YARANGO ROJAS DIEGO GARCIA R. EDGAR GUEVARA V.
FEC$A DE REALI%ADO
&'-()-*'
FEC$A DE ENTREGA
(&-('-*'
Ciudad Univ!"i#a!ia
TA+LA TA+LA DE CONTENIDO
R"u,n
ag.*
In#!du//i0n
ag.&
P!in/ii" #0!i/"
ag.1
Da#"
ag.'
- E2 E2!i,n#a3" - Cndi/in" d 3a4!a#!i - T0!i/" C63/u3" An63i"i" 7 di"/u"i0n d !"u3#ad"
ag.' ag.' ag.5 ag.8 ag.*(
Cn/3u"in"
ag.*&
R/,nda/in"
ag.*1
+i43ig!a9a A;ndi/ - C Cu u"#ina!i - G!6
ag.*: ag.*) ag.*) ag.*8 ag.*>
RESUMEN En "# in!, !a3i?a!," 3a !6/#i/a n@' 3 /ua3 " 4a"a n 3a 3/#!Bu9,i/a Bu " 4a"a n 3a #!an"!,a/i0n d n!g9a Bu9,i/a a n!g9a 3;/#!i/a. Nu"#!a" /ndi/in" d 3a4!a#!i u!n a una #,!a#u!a d &1 @ una u,dad !3a#iva d >' 7 a una !"i0n d 5)' ,,$g. E3 4=#iv d "#a !6/#i/a " 3 "#udi d 3a /ua/i0n d N!n"# a3i/ada a 3a /3da ga3v6ni/a %n (%n&Cu&Cu( a di!n#" /n/n#!a/in" a"9 /, 3 "#udi d 3a 37 d Fa!ada7 a!a 3a 3/#!03i"i" d3 agua. Pa!a !a3i?a! 3 2!i,n# u#i3i?a!," 3 gn!ad! 3/#!Bu9,i/ d n!g9a a!a a33a! 3 #n/ia3 d /3da 7 3 gn!ad! 3/#!Bu9,i/ d "u"#an/ia a!a a33a! 3a /an#idad d "u"#an/ia Bu " gn!a n 3 3/#!d. Nu"#!" !!!" u!n d 1.'1 (.*85 7 (.'51 a!a 3a i3a d Dani3 d4id a 3a in/!!/#a /n/n#!a/i0n d %nSO : 7 &8.(5 a!a 3a 37 d Fa!ada7 ! 3 ,a3 /63/u3 d3 #i,. Pa!a di",inui! !!!" !/,nda," "#a! /n"#an#,n# ,an#nind 3a" #,!a#u!a" a &)@C a!a 3a /ua/i0n d N!n"# 7 3a !a a3 ,i", niv3 d 3a 4u!#a a!a 3a 37 d Fa!ada7. S /n/3u70 Bu d" "u"#an/ia" udn gn!a! 3/#!i/idad a #!av;" d una !a//i0n !;d2 7 a"9 3a n!g9a Bu9,i/a Bu " u#i3i?a n 3a !a//i0n !;d2 a"a a /nv!#i!" n n!g9a 3;/#!i/a.
*
INTRODUCCION
Tda" 3a" !a//in" Bu9,i/a" "n unda,n#a3,n# d na#u!a3?a 3;/#!i/a u"# Bu a7 3/#!n" inv3u/!ad" n #d" 3" #i" d n3a/" Bu9,i/". Sin ,4a!g 3a 3/#!Bu9,i/a " !i,!dia3,n# 3 "#udi d3 n0,n d 2ida/i0n 7 !du//i0n. La" !3a/in" n#! /a,4i" Bu9,i/" 7 n!g9a 3;/#!i/a #inn i,!#an/ia #0!i/a 7 !6/#i/a. La" !a//in" Bu9,i/a" udn "! u#i3i?ada" a!a !du/i! n!g9a 3;/#!i/a a!a !v/a! !a//in" Bu9,i/a".
&
PRINCIPIOS TEORICOS Conducción metálica: La /!!in# 3;/#!i/a " 3 u= d /a!ga 3;/#!i/aH n 3" ,#a3" "#a /a!ga " 33vada ! 3" 3/#!n"H 7 3a /ndu//i0n d "# #i " /ndu//i0n ,#63i/a. La /!!in# !"u3#a d 3a u!?a 3/#!,#!i? "u,ini"#!ada ! a3guna un# 3;/#!i/a. E3 /i!/ui# d4 "! /,3# a!a !du/i! /!!in#. La /!!in# 3;/#!i/a " ,id n a,!i" A 7 3a /an#idad d /a!ga n /u3,4i" C. E3 /u3,4 " 3a /an#idad d 3/#!i/idad "u,ini"#!ada.
C s
1 A =1
Pa!a Bu 2i"#a v3#a= V 3a /!!in# d4 a"a! a #!av;" d un /i!/ui# ,dian# una di!n/ia d #n/ia3 3;/#!i/. 1 V =1
J C
Min#!a" ,a7! "a 3a di!n/ia d #n/ia3 n#! d" un#" d un ,i", a3a,4! ,a7! "!6 3a /!!in# Bu #!an"!#a Bu " 2!"a n 3a "iguin# /ua/i0n.
E I = R DndK RK R"i"#n/ia d 3a 37 d O, Bu " ,id n
Ω.
EK Di!n/ia d #n/ia3 Bu " ,id n V. IK In#n"idad d /!!in# Bu " ,id n I.
Conducción electroltica: E" aBu33a n 3a /ua3 3a /a!ga " #!an"!#ada ! 3" in" n dnd "#" in" d4n ,v!" 3i4!,n#. E" 2i4ida ! "a3" undida" 7 ! "3u/in" a/u"a" d 3/#!03i#".
1
La /a!ga 3;/#!i/a n 3a /ndu//i0n 3/#!39#i/a " #!an"!#ada ! 3" /a#in" Bu " ,uvn a/ia 3 /6#d 7 3" anin" Bu " ,uvn n di!//i0n u"#a a/ia 3 6nd.
Electroli!i!: P!/" n 3 /ua3 " u"a n!g9a /n#inua a!a gn!a! una !a//i0n !;d2 n "n#6na !,i# 3a d"/,"i/i0n d /i!#a" "u"#an/ia" a!a gn!a! nuva" "u"#an/ia".
- E3/#!d"K Sn 4a!!a" "03ida" Bu "n 4un" /ndu/#!"
-
m=
3;/#!i/" 7 "#6n n /n#a/# ,dian# un /a43 /ndu/#!. In!#"K ABu33" /u7a ni/a un/i0n " /ndu/i! 3a /!!in# 3;/#!i/a. A/#iv"K Sn aBu33" Bu aa!# d /ndu/i! 3a /!!in# 3;/#!i/a a!#i/ian n 3 !/". "rimera le# de Farada#: La ,a"a d"/,u"#a !du/ida n una /3da 3/#!39#i/a " di!/#a,n# !!/ina3 a 3a /an#idad d /a!ga 3;/#!i/a Bu a"a a #!av;" d 3" 3/#!d".
( PE )
xIxt
96500
DndK -
IK In#n"idad d /!!in# n a,!i" A. :
-
#K Du!a/i0n d3 !/" 3/#!39#i/ ". PEK P" Buiva3n# d 3a "u"#an/ia. ,K Ma"a d 3a "u"#an/ia.
Celda! $al%ánica!: Sn di""i#iv" Bu !du/n /!!in# 3;/#!i/a /n#inua a a!#i! d !a//in" !;d2 "n#6na". E" 3 "#udi d 3a /nv!"i0n d 3a n!g9a Bu9,i/a n n!g9a 3;/#!i/a.
Fuer&a electromotri& de una celda: S ud /n"id!a! /, 3a "u,a d d" #n/ia3" d 3a" d" i3a".
Ecelda= E reducción
(cátodo )
+ E oxidación
(ánodo)
Cam'io de ener(a li're de $i''! # )uer&a electromotri&: La FEM !v!"i43 d una /3da E " una ,dida d 3a di",inu/i0n d 3a n!g9a 3i4! d Gi44" a!a 3a !a//i0n d 3a /3da.
∆ G ° =−nFE ∆ G ° a!a "#a /3da indi/a "n#anidad d 3a !a//i0n. A /ndi/in" di!n#" a 3" "#6nda!" 3 #n/ia3 d 3a /3da ud /a3/u3a!" d a/u!d /n 3a "iguin# /ua/i0nK E3 va3! nga#iv d3
( )
RT aZn E= E ° − ln nF aCu
+2
+2
)
DATOS •
EPERIMENTALESK •
E/ua/i0n d N!n"#K TA+LA (* Pi3a d Dani3
V3u,nK &)( ,L a &)@C
Va3! d3 ,u3#9,#!
V3u,nK &)( ,L a &)@C
CuSO: (.* M
*.*:( V
%nSO: (.* M
CuSO: (.(* M
*.('8 V
%nSO: (.* M
CuSO: (.((* M
*.(:5 V
%nSO: (.* M
•
L7 d Fa!ada7K Ta43a (&
Su"#an/ia
V3u,n ,L
In#n"idad A
P!du= $&,L
Ti, "
NaO$ :N
&((
(.1
&(
5 1( *)
•
CONDICIONES DE LA+ORATORIOK TA+LA (1
° C Temperatura ¿ *
!R
'
Presión ( mm!" )
23 °C
•
96
756
TEORICOS TA+LA (:
A /ndi/in" "#6nda!K R 81*:) J ,3-* -* &>8 5'( ,,$g
RK /n"#an# d 3" ga"" ida3" TK T,!a#u!a d3 ga" PK P!"i0n d3 ga" TA+LA () * Fa!ada7 PE id!0gnK P" Buiva3n# MK ,a"a ,3a! d3 $ &
>')(( C *g *g,3
5
CALCULOS a. Mdian# 3a /ua/i0n d N!n"#K *. Cuand #n," CuSO: (.* M 7 %nSO: (.* M • Ca3/u3a," 3 #n/ia3 d !du//i0nK %n& &• • • •
%n(
n&
* Fa!ada7 F Buiva3 a >')(( C. E3 E(#0!i/ *.*(( V A /ndi/in" "#6nda!K R 81*:) J ,3 -* -* T &>8 . R,3a?a," n 3a /ua/i0nK
( )
RT a Zn Eteórico = E °− ln nF aCu
+2
+2
Eteórico =1.100 V −
#ol−1 $ −1 x 298 $ ln 2 x 96500 C
8.3145 J
( # ) 0.1 # 0.1
Eteórico =1.100 V
&. Cuand #n," CuSO: (.(* M 7 %nSO: (.* M • Ca3/u3a," 3 #n/ia3 d !du//i0nK %n& &• • • •
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8.3145 J
8
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0.1 # 0.001 #
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4. U#i3i?and 3a 37 d Fa!ada7 /n 3" "iguin#" da#"K • • • • •
Su"#an/iaK NaO$ :N A,!i"K (.1 A V3u,n d NaO$ :NK &(( ,L # :)(.&) " Su " Buiva3n# d3 $ &K* g
R,3a?and n 3a /ua/i0nK
m ! = 2teórico
( PE ) xIxt 96500 x C m ! = 2teórico
(1 " )
x 0.3 Ax 450.25 s
96500 C
>
m ! =1.14 x 10−3 " 2 teórico
ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS
a
E/ua/i0n d N!n"#K *. Cuand #n," CuSO: (.* M 7 %nSO: (.* M. $a33a!," 3 !!! !/n#ua3K
ϵ =
1.100 V −1.140 V 1.100
x 100
ϵ =3.63 En "# /a" nu"#! !!! u d 1.'1 Bu " d4id a Bu 3a "u"#an/ia CuSO: n !a d (.* M "in d un va3! ,a7! 7 ! " /u!!i0 "# !!!. &. Cuand #n," CuSO: (.(* M 7 %nSO: (.* M. $a33a!," 3 !!! !/n#ua3K
ϵ =
1.070 V −1.068 V 1.070 V
x 100
ϵ =0.187 En "# /a" nu"#! !!! u ,9ni, d4id a3 /!!/# u" d da#" 7 #a,4i;n !Bu " u"0 /!!/#a,n# 3a" /ndi/in" d3 3a4!a#!i. S 3i=a!n 4in 3a" 36,ina" d /4! 7 %in/ a!a Bu "#6n "an
ϵ =
1.040 V −1.047 V 1.040 V
x 100
ϵ =0.673 En "# /a" #a,4i;n 3 !!! u ,9ni, d4id a Bu " u"a!n /!!/#a,n# 3" da#" 7 3a" /ndi/in" a 3a" Bu " n/n#!a!n ini/ia3,n# !a3i?and un 4un /63/u3 ! #a,4i;n 2i"# 3 !!! d4id a 3a n /!!/#a /n/n#!a/i0n d3 CuSO : (.* M.
4 P!i,!a L7 d Fa!ada7K • $a33and 3 va3! 2!i,n#a3 ! 3a 0!,u3a gn!a3 d 3" ga"" ida3"K PxV = RxTxn C, n ,M
PxV = RxTx m !
2experimental
m #
#xPxV = RxT
DndK PK P!"i0n d3 ga" 5)' ,,$g. VK v3u,n d3 ga" &(( ,L RK Cn"#an# d 3" ga"" ida3" '&.1': ,,$g L M3 -* -* TK T,!a#u!a n 3vin &>' MK Ma"a ,3a! d $& * g −3
1 "x 756 mm!"x 20 x 10
m !
=
m !
=0.82 x 10− "
2experimental
−1
62.364 mm!" % #ol
−1
$ x 296 $
3
2experimental
$a33a!," 3 !!! !/n#ua3K
ϵ =
"− 0.82 x 10−3 " x 100 −3 1.14 x 10 "
1.14 x 10
−3
**
%
ϵ =28.07 En "# /a" nu"#! !!! u d,a"iad g!and d4id a3 ,a3 /63/u3 d3 #i, n 3 Bu " !du/ &( ,L d $ & 7a Bu n #d 3 #i, " d49a "#6 /n#!3and 3a !a a ,dida Bu n 3a 4u!#a " d"a3=a4a 3 39Buid 7 "#a n " !a3i?0 /!!/#a,n# 7 a"9 " d,!0 ,6" 3a !du//i0n d $ &.
CONCLUSIONES
•
Cuand n 3a /3da ga3v6ni/a " !du/ una !a//i0n d 2ida/i0n - !du//i0n " !du/ un /a,4i n 3" 3/#!n" d 2ida/i0n d 3a" "u"#an/ia" "#a !a//i0n !du/ un di!n/ia3 d #n/ia3 3 Bu gn!a /!!in# 3;/#!i/a.
•
L" 3/#!n" #inn Bu ui! ! 3 /i!/ui# 2#!n d"d 3 3/#!d nga#iv a3 "i#iv. En 3 3/#!d nga#iv #in 3uga! 3a 2ida/i0n 7 3a !du//i0n " v!i
•
La
di!n/ia
d
#n/ia3
va!9a
d
!,a
di!/#a
/n
3a
/n/n#!a/i0n. •
E3 un# "a3in " 3 ,6" i,!#an# u" /n/#a 3a" & "3u/in" a!a Bu n 2i"#a ,?/3a.
•
La ,a"a d"!ndida n un 3/#!d d una "3u/i0n " !!/ina3 a 3a /an#idad d 3/#!i/idad Bu "#6 a"and.
*&
RECOMENDACIONES
•
Lava! 4in 3" !/iin#" a u#i3i?a! a!a a"9 vi#a! va!ia/in" n 3a" /n/n#!a/in" Bui#a!3 u!?a a 3a" "u"#an/ia".
•
En 3 !/" d 3a /3da 3/#!39#i/a a7 Bu #n! /uidad d /n/#a! 3" /a43" "i#iv 7 nga#iv d 3a un# n "u" !"/#iv" 3uga!" 7a Bu d !du/i!" "# !!! 3 2!i,n# "#a!9a /,3#a,n# !!ad.
•
E"#a! ndin#" d Bu 3a !a "# a 3a ,i",a a3#u!a d 3a 4u!#a d 3 /n#!a!i 4#nd!," un #i, ,u/ ,a7! a3 "!ad.
•
Li=a! 4in 3a" 36,ina" d ?in/ 7 /4! a!a Bu "an ,6"
•
A"gu!a" d n "#a! ,d" a3 ,,n# d !a3i?a! 3 2!i,n#.
•
V!i
+I+LIOGRAFIA
•
Gi34!# . Ca"#33an Fi"i/Bu9,i/a *>5:. Edi#!ia3K Adi""n "37 u43i"ing /,an7 in/. E"n#anidad 7 Bui3i4!i . &*'-&1(.
•
In"#i#u# d /in/ia" 7 u,anidad". Qu9,i/a. An63i"i" d !in/ii" 7 a3i/a/in" T, II Quin#a !i,!"i0n-Nvi,4! &(**. E3/#!Bu9,i/a. P. &>)-1)&. Edi#!ia3K Lu,4!!a" Edi#!".
•
D!. Lui" Ca!!a"/ Vnga" 7 MS/. Lu? Ca"#ada P;!?. Qu9,i/a 2!i,n#a3-a3i/a/in" !i,!a !i,!"i0n ,a7 &(*:. Edi#!ia3K E,!"a di#!a Ma/! E.I.R.L. E3/#!Bu9,i/a. &>>1(5.
*:
APENDICE Cu"#ina!iK + De!cri'a un e,em-lo en detalle el dia(rama de una celda electro.umica/ La" !a//in" "n#6na" /n #!an"!n/ia d 3/#!n" a3 "! /ana3i?ada" ad/uada,n# !du/n un u= d 3/#!n" ! unidad d #i, /, /n"/un/ia d 3a di!n/ia d #n/ia3 !du/ida ! 3 /n#a/# d d" ,#a3" a #!av;" d una "3u/i0n a/u"a.
D3 6nd 3" 3/#!n" a!#n
*)
D3 6nd " 4#in 3/#!n" Bu "i!vn a!a !du/i! a3 Cu.
En "#a /3da /u!!n 3a" "iguin#" !a//in"K
01ODO %n& & oxidación
=0.76 V
2
34* C0TODO Cu& && reducción =0.34 V 2
E"#"
va3!"
an
"id
/a3/u3ad"
/ndi/in"
"#6nda!/
& pila =110V
5n3!* 6 5n47 3a.* +M 66 Cu 47 3a.* +M 6 Cu3!* 0nodo
Cátodo
2Dato! de -otenciale! e!tándar o'tenido! de la ima(en +8 A/ 7 Mediante un e,em-lo de!cri'a la im-ortancia de la !e(unda le# de Farada#/
*'
Se(unda le# de Farada#: Pa!a una /an#idad dada d /a!ga 3;/#!i/a 3a /an#idad d "u"#an/ia !du/ida n 3" 3/#!d" " !!/ina3 a "u" !"/#iv" "" Buiva3n#".
Fi(/+ P! Bu; /u!! "# !Bu ! 3 /6#d 7 3 6nd u7 3a ,i",a /an#idad d /a!ga 3;/#!i/a 7 ! nd igua3 n,! d Fa!ada7. C, /ada Fa!ada7 !du/ * B-g " /n/3u7 Bu 3 n,! d B-g d "u"#an/ia !du/ida n 3 /6#d 7 3 6nd " igua3. D 3a
0
−¿
+¿+ 4 e +¿+ e
¿
'nodo ¿ ¿
Cátodo ¿ A"( ) 3 ¿
*5
−¿ ¿ −¿ Cu +¿ ¿ +¿+ 4 e−¿ ¿ 2 +¿+ 2 e 'nodo ¿ ¿ Cátodo ¿ Cu*) ¿ 0
4
−¿ ¿ −¿ ¿ +¿ ¿ −¿ C l + 2 e−¿ ¿ 2 +¿+ 2 e 'nodo ¿ ¿ Cátodo ¿ (iC l ¿ 0
2
2
Sgn 3a "gunda 37 d Fa!ada7K
+ ) + C l + A" + Cu + = = = = PE ( A" ) PE ( ) 2 ) PE ( Cu ) PE ( ¿ ) PE ( C l2) 2
¿
2
9 De!cri'a el )uncionamiento del electrodo e!tándar de idró(eno EE/ D 3a ,i",a !,a n Bu una !a//i0n !du/ida n una i3a ud /n"id!a!" /, 3a "u,a d d" ",i!a//in". La u!?a 3/#!,#!i? d una /3da ud /n"id!a!" /, 3a "u,a d d" #n/ia3" d 3a" d" ,dia" i3a. Sin ,4a!g " "i43 d#!,ina! 3 va3! a4"3u# d3 #n/ia3 d una "3a ,dia i3a. S a "#a43/id una "/a3a !3a#iva a"ignand un va3! /! a3 v3#a= d una ,dia i3a "#6nda! d id!0gn 3 *8
/ua3 /n"i"# d id!0gn ga"" a * a#, d !"i0n 4u!4u=and "4! un 3/#!d d 3a#in.
G!6
Ta43a d #n/ia3" "#6nda! d !du//i0n a &)@C. *> I,agn
Fun#K ##K/!in#. u/.du..
