ELECTRÓLISIS: CELDA ELECTROLÍTICA
RESUMEN:
En el presente laboratorio se construyó una celda electrolítica la cual constó de dos piezas diferentes de cobre, conectadas por medio de caimanes a los terminares terminares de una pila de 9 voltios, y así poder estudiar, estudiar, de manera práctica, los procesos electrolíticos, además de determinar la cantidad de material depositado en el cátodo de la celda durante veinte minutos, obteniendo como resultado 0,00094 molesCu y una cantidad de F transferidos de
2 MARCO TEÓRICO 'os procesos de o2idaci)n y reducci)n +ue tienen lugar en una clula electrolítica se denominan electr)lisis. 'a electrolisis se lle(a a cabo en un dispositi(o conocido como celda electrolítica. & diferencia de una una clula gal(ánica, una clula electrolítica necesita s)lo un (aso ambos electrodos están inmersos en l. l electrodo al +ue la fuente de energía suministra electrones es el electrodo negati(o, el otro electrodo es el positi(o. n una disoluci)n los iones positi(os son atraídos por el electrodo negati(o y los iones negati(os por el electrodo positi(o. &sí, el paso de corriente en la disoluci)n es un flu*o bidireccional de iones, como en el puente salino de una clula gal(ánica. l proceso de transferencia de electrones +ue se produce en cada electrodo depende de las sustancias entre estos 67.
0.160 C / s .
PALABRAS CLAVE: CLAVE: Ánodo, cátodo, celda electrolítica, cobre. ABSTRACT: ABSTRACT: In this laboratory an electrolytic cell which consisted of two different pieces of copper, connected by alligators to terminares a 9V battery, so you can study i n a practical way, electrolytic processes is constructed, in addition to determine the amount of material deposited in the cathode cell for twenty minutes, resulting 0.0009 moles of !u and an amount of transferred " 0.#$0 ! % s.
l ánodo se o2ida cuando se utili1a cobre y se electroli1a una disoluci)n acuosa. n lugar de o2idarse el agua, el cobre se disuel(e para dar !u;. 'a reacci)n an)dica es:
KEY WORDS: &node, WORDS: &node, cathode, electrolytic cell, copper.
1 INTRODUCCIÓN
−¿
Ánodo
'a in(enci)n de la pila (oltaica indu*o Inmediatamente el estudio de los efectos +uímicos de la corriente. ste proceso fue descubierto en #-00 por illiam /icholson y &nthony !arlisle mientras estudiaban el funcionamiento de baterías elctrica utili1ando gotas de agua para me*orar el contacto elctrico de sta. &l estudiar cuidadosamente este fen)meno, se determin) +ue cerca de la terminal negati(a de la batería el gas liberado era hidr)geno, mientras +ue en el lado positi(o se producía o2ígeno. 3ero no es un e2traordinario halla1go hasta +ue no se con(ierte en instrumento de in(estigaci)n de 4umphry 5a(y, +uien con la ayuda de la electrolisis descubri) los elementos sodio y potasio al someter ciertas soluciones salinas a la acci)n de corrientes elctricas 6#7.
2 + ¿ ( ac ) + 2 e
¿
Cu(s)
¿
Cu (!"idación)
n una clula en la +ue el ánodo sea de cobre y el electr)lito una disoluci)n de sulfato de cobre
Cátodo
−¿ → Cu ( s ) ¿ 2 + ¿ ( ac )+ 2 e Cu¿
(#educción)
'as leyes +ue rigen los procesos electrolíticos fueron establecidas por >ichael a nt eq uel l e v as un omb r eesl a "araday. Laconst c a nt i d add ec a r g ae l é c t r i c aq ueh ayenu nmo l
n este informe se describe la e2periencia ad+uirida en el laboratorio de 8uímica Inorgánica II al colocar en práctica lo te)ricamente estudiado y mostrar de una manera clara, resumida y práctica los procesos electrolitos al construir una celda electrolítica.
deel ec t r ones .?n mol de electrones tiene una
carga elctrica de 9$.90 culombios. 8uin además afirm) +ue la cantidad de una sustancia liberada o depositada en una celda electrolítica es proporcional a la cantidad de electricidad +ue pasa a tra(s de la soluci)n.
1
a tomar un color oscuro. 3asados los 0 minutos, cuando ya fue e2traída la moneda, se (isuali1) +ue había cambiado completamente de color. 3as) de ser plateada brillante a tener un todo muy opaco en el cual sobresalían colores tales como el marr)n, el amarillo y un poco de ro*i1o. Incluso, ocurri) un cambio notorio en su te2tura, hacindose sta un poco más rustica.
3ara determinar la cantidad de metal disuelto en los electrodos de la celda durante un tiempo estipulado, se tiene en cuenta +ue la cantidad de carga entregada a una celda, será igual a la intensidad de la corriente ($) multiplicada por el tiempo (s).
3 DESARROLLO EXPERIMENTAL
n cuanto al alambre, una (e1 finali1ado el tiempo propuesto, se pudo obser(ar +ue tambin había sufrido un cambio en su tonalidad, ya +ue pas) de ser un cobre brillante a ser uno opaco.
3ara la reali1aci)n de la celda electrolítica, es necesaria la presencia de dos pie1as de cobre, +ue en este caso se trata de una moneda y un alambre a las anteriores se les debe pesar en una balan1a digital para conocer su masa inicial. ?na (e1 determinada su masa, es necesario conectarlos mediante caimanes a los terminales opuestos de una pila 9( <'a moneda al terminal positi(o y el alambre al negati(o=, y consecuti(amente estos son introducidos a una soluci)n de !u@A durante 0 minutos <"ig #=.
4ubo una (ariaci)n en las masas de ambos elementos, moneda y alambre. 'a primera aument) 0,0Dg mientras +ue el segundo disminuy) 0,0-9g. 3ara conocer la cantidad de moles depositados en los electrodos de la celda se tiene en cuanta la siguiente ecuaci)n:
Ba pasados los (einte minutos, se e2traen con precauci)n los ob*etos y se colocan en un (idrio relo* para luego ser lle(ados al horno con el fin de reducir el contenido de lí+uido residual hasta un (alor aceptablemente ba*o, por una duraci)n de cinco minutos. ?na (e1 halla terminado el proceso de secado, se mide su masa nue(amente para obtener la masa final.
A =
C s
(1)
'a cual establece la +ue relaci)n entre la cantidad de carga entrgada a una celda esta dada por la intensidad de la corriente en amperios multiplicada por el tiempo en segundos. @e tiene +ue,
9V
3ara el tiempo: 20 min
( min )= 60 s
1
1200 s
. 3ara la carga :
(
2 F
"igura #. !elda electrolítica. "uente: &utor.
A =
& continuaci)n, se presenta una tabla la cual contiene los datos obtenidos durante la e2periencia.
>oneda &lambre
)=
192.97 C
192.97 C 1200 s
= 0.160 C / s
'uego entonces, la cantidad de F transferidos es de 'F y las moles de metal depositadas en el cátodo es:
%abla &. #ecopilación de datos.
>asa inicial ,C-0 g 0,D# g
1 F
&plicando la ecuacion <#=
4 ANALISIS Y RESULTADOS
Ab*eto
96.485
>asa final ,$#0 g 0,D g
min∗
60 s 1 min
∗0,160 c ∗1 F
s
20
?na (e1 fue introducida la moneda en la soluci)n de !u@A, se obser() un burbu*eo alrededor e inmediatamente su borde comen1)
96490 c
¿ 0,00094 molesCu
2
2 F
∗1 molCu
4.1 SITUACIONES PROBLÉMICAS
metales como el cobre, el oro, la plata y el aluminio y la obtenci)n de elementos como !l , 4 y /aA4 a partir del agua y sales en estado de fusi)n.
3ara una corriente de C amperios fluye a tra(s de una celda electrolítica durante D0 minutos, la reacci)n cat)dica es la siguiente:
4.2.2 E'/!%( 0' $!"#$#"%&'( "&0-(+)"$!'( 0' )%#'(%( '!'#+)%!"+"#%(.
M +3
(ac) +
−¿¿ 2e
ntre las aplicaciones industriales más sobresalientes de los electrolíticos, se encuentra la producci)n y la refinaci)n de metales y los tratamientos anticorrosi(os de superficie. s decir +ue los en(ases de aluminio, las chapas gal(ani1adas, los circuitos micros electr)nicos, y las aleaciones de magnesio, son resultados de este proceso producti(o conocido por una operaci)n industrial +ue es un e*emplo de la +uímica aplicada 6D7. s preciso decir +ue su aplicaci)n es muy importante para la industria moderna, ya +ue muchos elementos se producen casi +ue e2clusi(amente por la electrolisis por e*emplo, el aluminio, el manganeso, el cloro y el flGor.
M ( s )
'as moles de metal, >
¿
60 min 1 min
∗5 c
∗1 F ∗1 molM 96490 =¿ 3 F
1s 30 min
4.2.3 A!"#$#"& '& !$ "&'&"')"$ 0'! /'0"% $/"'&+' '& !$ 0'-)$#"%& 0' $-$( #%&+$/"&$0$(.
0,03 Moles de M .
b= D,0
l tratamiento del agua por electr)lisis es muy comGn, se trata de un tipo de desinfecci)n ecol)gica y segura. 'a cual tiene como ob*eti(o me*orar su calidad y simplificar en gran medida traba*os de mantenimiento ste sistema genera cloro a partir de sal comGn. ste tratamiento del agua por electr)lisis es capa1 de eliminar cual+uier tipo de impure1a microsc)pica. &+uí el agua se introduce en la depuradora para su limpie1a y transita tambin por unos electrodos los cuales emplean la conducti(idad de la misma para efectuar pe+ueHas descargas encargadas de desinfectar el agua
c= #,0 d= #,C @i el ánodo es una (arilla de metal > es #0E g%mol, el peso de metal depositado será: D,# g, ya +ue:
¿
60 min 1 min
∗5 c
1s 96490 30 min
∗1 F ∗1 mol
3 F
∗10
1 molM
¿ 3,21 gramosde M
"igura . 3roceso de electrolisis del agua.
4.2 PREGUNTAS DE EVALUACIÓN 4.2.1 A!"#$#"%&'( )*#+"#$( ,-' +"'&'& !%( )%#'(%( '!'#+)%!"+"#%(.
5 CONCLUSIÓN
&lgunas de las aplicaciones prácticas +ue tienen los procesos electrolíticos, son la gal(anostegia, la cual consiste en el recubrimiento de ob*etos con una capa metálica depositada electrolíticamente generalmente con metales nobles y estables, la purificaci)n de
@egGn los ob*eti(os planteados en la e2periencia, se ha logrado estudiar de manera clara los procesos electrolíticos, al construir una celda electrolítica, para así poder determinar la cantidad de material depositado en el cátodo de
3
la celda, obteniendo como resultado 0,00094 molesCu y una cantidad de " transferidos de 0.160 C / s . s así como se relaciona la cantidad depositada con la intensidad de la corriente pro(eída en el tiempo de operaci)n de la celda el cual fue de 0 minutos. 3ero para ello, debi) ocurrir una reacci)n de o2idaci)n y reducci)n, respecti(amente en el ánodo y el cátodo.
6#7 'a bibliateca de la ra1)n, 6n línea7 5isponible: http:%%bibliadelara1on.blogspot.com%00#%0$%#-0 0sedescubrelaelectrolisis.html 67 J. /. @mith, #esolución de problemas de uímica eneral. Karcelona: Je(ert @.&, #99#, 33. D09D##. 6D7 .>. ')pe1, *a electrolisis+ un proceso básico para la vida moderna, 6n línea7. 5isponible: http:%%www.palermo.edu%ingenieria%downloads%!y LE%E!yLF0##.pdf
ste tema es de gran importancia para la industria moderna, ya +ue tiene aplicaciones muy importantes como lo son la producci)n y la refinaci)n de metales y los tratamientos anticorrosi(os de superficie.
67 3iscinas aguas, Electrolisis en el tratamiento del aua, 6n línea7. 5isponible: http:%%www.piscinasagua.com%agua%tratamiento aguaelectrolisis.html
6 RE7ERENCIAS
4
