EXPERIMENTO DE ELECTROQUÍMICA Y CORROSIÓN
I)*%'ME +E L%'T%'I% +E !"IMI$ )“La electroquímica es la interrelación que se establece entre los sistemas químicos y los sistemas eléctri
SISTEM !"#MI$% &'%$ES% SISTEM EL($T'I
%$/!uién no 0a tenido en sus manos una pila para su 1al2man, su relo34 &ues bien el poder tener tenerlas las se lo debem debemos os a lessa lessandr ndro o 5olta olta quie quien n en 6786 6786 impr impre esionó ionó al mism ismísim ísimo o )apoleón onaparte con su pila de 9inc:plata para producir electricidad y desmentir a Lui;i
amosos e?perimentos con las ranitas.
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+T%S +E L%S I)TE<')TES +EL I)*%'ME 1. JAISER JAULIS SAYRITUPAC 20152016A 2. DAVID JUAN COVEÑAS LLACTA 20150226I 3. BRYAN EDWARD RAMOS PAREDES 20152101I 4. BRINNER TINTAYA VARGAS 20150309A
I.
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Electroquímica, es una parte de la química que trata de la relación entre las corrientes eléctricas y las reacciones químicas, y de la con=ersión de la ener;ía química en eléctrica y =ice=ersa. En un sentido mBs amplio, la electroquímica es el estudio de las reacciones químicas que producen e>ectos eléctricos y de los >enómenos químicos causados por la acción de las corrientes o =olta3es. "na de las aplicaciones mBs importantes de la electroquímica es el apro=ec0amiento de la ener;ía producida en las reacciones químicas mediante su utili9ación como ener;ía eléctrica, proceso que se lle=a a cabo en las baterías. +entro de éstas se encuentran las pilas primarias y los acumuladores o pilas secundarias. "n automó=il con=encional con motos de ;asolina con=ierte la ener;ía química en ener;ía cinética Cener;ía de mo=imientoD con una eciencia del FGH. "n automó=il con motor eléctrico es tres =eces mBs eciente. +es;raciadamente, en los inicios del desarrollo de la tecnolo;ía de automó=iles, los dispositi=os para trans>ormar ener;ía química en electricidad no >uncionaban con sus eciencias intrínsecas. Este 0ec0o, 3unto con la disponibilidad de ;asolina de ;ran calidad a ba3o costo, 0i9o que pre=aleciese el automó=il con motor de combustión interna. 0ora que nos preocupa la disponibilidad de la ener;ía a lar;o pla9o y la contaminación atmos>érica, e?iste un interés reno=ado en los automó=iles y autobuses con motor eléctrico. Las aplicaciones de la electroquímica son innumerables, desde las baterías y las células de combustible, como >uentes de ener;ía eléctrica, 0asta la obtención de productos químicos cla=e, el renado de metales y los métodos para controlar la corrosión. demBs, son también importantes las implicaciones teóricas. $omo la electricidad implica un u3o de car;a eléctrica, el estudio de la relación entre química y electricidad nos permite pro>undi9ar mBs en las reacciones en las que se transeren electrones, las reacciones de o?idación reducción En este e?perimento de química estudiaremos el >uncionamiento de las celdas =oltaicas o ;al=Bnicas y las celdas electrolíticas, estas celdas recibieron su nombre en 0onor a lessandro 5olta y Lui;i ísicos italianos del si;lo J5III.
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II.
%KETI5% 6. %btención de la ener;ía eléctrica a partir de una pila o celda ;al=Bnica. F. %btención de productos químicos a partir del paso de una corriente eléctrica. . $orrosión de metales en di>erentes medios.
III.
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%$Lael ec t r oquí mi c aes t udi al osc ambi osquí mi c oquepr oduc enunac or r i ent eel éc t r i c ayl agener ac i ónde el ec t r i c i dadmed i an t er eac c i one squí mi c as .Esporel l oqueel c ampoqueel c ampodel ael ec t r i c i dadhas i do di v i di doendosgr andess ec c i ones . a)Lapr i mer adeel l asesl aEl ec t r ol i s i s ,l ac ual s er efi er eal asr eac c i o nesquí mi c asques epr oduc enporac c i ón deunac or r i ent eel éc t r i c a. b)Lao t r as ec c i óns er e fier eaaquel l asr eac c i onesquí mi c asquegen er anunac or r i ent eel éc t r i c a,és t epr oc es o s el l e v aac aboenunapi l aoc el dagal v áni c a.
Cel dasel ect r ol í t i cas: Sona que l l a se nl a sc ua l e sl ae ne r g í ae l é ct r i c aqu epr o ce dedeun a f ue nt ee xt e r n ap r o v oc ar e ac c i o ne squí mi c asn oe s po nt á ne as ge ne r an dounp r o ce sode no mi n ad oe l e ct r ó l i s i s .L asc el da s el ec t r ol í t i c ascons t andeunr ec i pi ent epar ael mat er i al der eac ci ón, do se l e ct r o do ss umer g i d osde nt r od ed i c homa t e r i a lyc on ec t a do s aunaf uent edec or r i ent edi r ec t a.Lael ec t r ol i s i sesel pr oc es oque s e pa r al o se l e me nt o sd eu nc o mp ue s t op orme di od ee l e c t r i c i d ad
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Ce l da sga l v á ni c asov ol t a i c as :
Una celda electroquímica es un dispositivo capaz de obtener energía eléctrica a partir de reacciones químicas (o bien, de producir reacciones químicas a través de la introducción de energía eléctrica, cuando se esté cargando la celda). Un ejemplo común de celda electroquímica es la pila (por ejemplo, la estándar de ,! voltios o la recargable de ,"), que es una celda galvánica simple, mientras una batería consta de varias celdas conectadas en serie o paralelo.
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I5.
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PILAS ELECTROQUIMICAS OBJETIVO:
. #btención de energía eléctrica a partir de una pila o celda galvánica.
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MATERIALES: $" vasos de !% ml $&lectrodo de cobre $&lectrodo de zinc $ voltímetro $'ubo U (puente salino) $eactivos soluciones %,* de +u(#-), n(#-)
&n este e/perimento se utilizaran en reacciones o/idación$reduccion, de tal 0orma transportados a través de un 1ilo conductor.
construirán pilas que espontaneas de que los electrones sean
2os e/perimentos muestran que metales activos pierden espontaneamente a los iones positivos de los menos activos, cuando ambos directo.
los atomos de los electrones cediendolos metales están en contacto
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En otro =aso a;re;ar 8.6 M de NnCS%D
En un =aso a;re;ar 8.6 M $uCS%D
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;re;ar electrodo de Nn
;re;ar al =aso electrod o de $u
$onectar al terminal ne;ati=o
$onectar al terminal positi=o
Se obser=a que al medir con el =oltímetro el =olta3e nos sale el =alor de 8.86 5, es decir que no 0ay u3o de electronesCcorrienteD, el circuito no esta cerrado.
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Se obser=a que el =olta3e es 8.OFO 5
Observaciones: $3l inicio cuando colocamos el voltímetro sin el puente salino observamos que el potencial de la celda es %.% porque no 1a4 transmisión o 0lujo de electrones. $ 3l poner los terminales de manera invertida, solo 1a4 una variación en el signo del voltaje
Conclusiones:
$3l medir el potencial entre las celdas tenemos que es %.5"5 4 mediante la ecuación de 6erst tenemos que es %.5!7 teniendo una di0erencia de ".89, este posiblemente producido por 0actores e/ternos tales como el desgaste del puente salino o la reutilización continua de los materiales lo cual podrían causar algún e0ecto sobre elterminal del voltímetro. $'ambien observamos que con0orme agregamos agua destilada aumenta el potencial de la celda a 5.-8
:. +elda constituida por las semipilas. ;b(s)<;b"=<;b"=(%.*)<<+u"=(%.*)<+u(s) . &n un vaso de !% ml, a>adir 1asta la mitad apro/imadamente solución de nitrato de plomo %.* e introduzca el electrodo de plomo limpio en el vaso. 2uego, unirlo al terminal del voltímetro. ". &n otro vaso de !% ml a>ada la solución de nitrato de cobre %.* e introduzca el electrodo de cobre. ;onga el puente salino 4 observe el
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voltaje.
Observaciones: $3l inicio cuando colocamos el voltimetro sin el puente salino observamos que el potencial de la celda es cero porque no 1a4 transmicion o 0lujo de electrones. Conclusiones: #bservamos como es que el voltímetro indica %.-"? siendo el valor ideal %.-78 según la ecuación de nerst, por lo cual tenemos una di0erencia con lo ideal de 1abiendo una di0erencia con lo ideal del %.?9
EXPERIMENTO N° 2: CELDA ELECTROLÍTICA DE KI.
aD MTE'ILES Pcable eléctrico cocodrilos. P>uente de corriente Ptubo " Pbarras de carbón Pun tubo de ensayo 4
REACTIVOS: solución de QI, >enol>taleína, cloruro >érrico y $$L bD %KETI5%S : E>ectuar la electrólisis de un electrolito en solución acuosa. : %bser=ar el comportamiento de la solución y los electrodos durante el proceso.
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: Identicar los productos de la electrólisis e in>erir la naturale9a de las trans>ormaciones que tienen lu;ar. : Interpretar, por medio de ecuaciones parciales de o?idación y reducción los procesos que 0an tenido lu;ar. : $onstruir un ;enerador de corriente eléctrica, pila de +aniell y medir la di>erencia de potencial que produce. plicar la Ecuación de )ernst $D I)T'%+"$$IA) TEA'I$ $omo se sabe si en una solución de un sistema redo? se introduce un metal inatacable p.e3. platino, se establece una di>erencia de potencial eléctrico entre la solución y el metal, que se puede e?plicar como la tendencia de los electrones a pasar de la solución al metal, se dice que se establece un potencial de electrodo. Si tomamos dos sistemas redo? y los unimos cerrando un circuito eléctrico, estamos construyendo un ;enerador de corriente eléctricaR la ma;nitud de esta corriente dependerB de la di>erencia de potencial e?istente entre los potenciales de electrodo de cada uno de los sistemas redo?. emos construido una pila. La ener;ía liberada por una reacción redo? espontBnea puede usarse para reali9ar traba3o eléctrico. Esta tarea se cumple por medio de una celda =oltaica CpilaD, un dispositi=o en el que la trans>erencia de electrones tiene lu;ar a lo lar;o de un camino e?terno, y no directamente entre los reacti=os. "n e3emplo de celda =oltaica es la pila de +aniell, dispositi=o que consiste en un electrodo de Nn sumer;ido en una solución de NnS% y un electrodo de $u sumer;ido en una solución de $uS%. Las soluciones estBn separadas por un tabique poroso o puente salino que permite el paso de l os iones a tra=és de él. $uando se conectan ambos electrodos 0ay un u3o continuo de electrones que salen del electrodo de Nn 0acia el electrodo de $u a tra=és del alambre e?terno y un u3o de iones a tra=és de la solución como resultado de las reacciones de ó?ido: reducción espontBneas que tienen lu;ar en los electrodos. El electrodo de Nn es el Bnodo y el de $u es el cBtodo. +ebido a que los electrones uyen del Bnodo al cBtodo, el Bnodo de una celda =oltaica se rotula con un si;no ne;ati=o, y el cBtodo, con un si;no positi=o.
dD &'%$E+IMIE)T% &rimero instalamos el aparato de electrolisis, lue;o aadimos la solución de QI con una concentración molar de 8.GM en el tubo de " 0asta un centímetro de sus e?tremos abiertos y 0acer las cone?iones eléctricas respecti=as y de3ar transcurrir la electrolisis durante 6G minutos apro?imadamente. Lue;o obser=amos y anotamos los cambios que se producen en el Bnodo donde transcurre la o?idación. simismo obser=amos los cambios que se producen en el cBtodo donde transcurre la reducción. "na =e9 terminada la electrolisis, desconectar el aparato y separe con muc0o cuidado los electrodos. &ercibir el color del Bnodo de carbón, e?traer con el ;otero
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e) OBSERVACIONES: %bser=amos la di>erencia de potencial entre los dos electrodos de una celda =oltaica proporciona la >uer9a motri9 que mue=e los electrones a lo lar;o del circuito e?terno. &or consi;uiente, a esta di>erencia de potencial se le llama >uer9a electromotri9 o >em y se mide en =olts C5D. La >em producida por una celda =oltaica se denomina potencial estBndar de la celda o celda U si las concentraciones de todos los iones son 6M, las presiones parciales de los ;ases son 6 atm y la temperatura de la celda es FG-$. Se calcula a partir del potencial de reducción estBndar de cada electrodo o U que maniesta la tendencia a adquirir electrones del mismo. Entonces es posible considerar que la >em de la pila es la resultante de dos simples potenciales de electrodo.
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$"ESTI%)'I%. 6.: E?plique en qué consiste una celda de concentración. Muestre un e3emplo. "na celda de concentración, también llamada pila de concentración, es una pila ;al=Bnica en la cual las dos semiceldas estBn >ormadas por el mismo metal en la misma solución. La corriente eléctrica es ;enerada ;racias a que las concentraciones de la solución en las semiceldas son distintas, en una la solución estarB mBs
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concentrada que en la otra.
F.: E?plique en qué consiste una celda de combustible, muestre un e3emplo. &ila de combustible, también llamada célula de combustible o celda de combustible, es un dispositi=o electroquímico en el cual un u3o continuo de combustible y o?idante su>ren una reacción química controlada que da lu;ar a los productos y suministra directamente corriente eléctrica a un circuito e?terno.
.: E?plique ba3o qué condiciones una celda ;al=Bnica de3aría de producir un =olta3e. Las condiciones para q una celda ;al=anica de3aría de producir =olta3ees cuando la concentración q 0ay en el catodo o anodo no es la sucienteo q el material utili9ado se des;aste disminuyendo asi la eciencia de la pila , otro aspecto es el tiempo en q se puede usar la pila . .: /&or qué se utili9a al platino como electrodo inerte4
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&or que son capaces de conducir la corriente eléctrica, sin reaccionar. Los elec!"#"$ %&e!e$ '($ comunmente utili9ados para >ormar %l*$ +*l,(&%c*$ con cualquier !e*cc%-& !e#" e$"&(&e*$"& el elec!"#" %&e!e #e l*%&" / el elec!"#" %&e!e #e +!*0".
G.: /&or qué se utili9a electrodos de carbono como electrodo inerte4 &or que son capaces de conducir la corriente eléctrica, sin reaccionar. V.: Siendo el carbono un elemento no metBlico, /$ómo e?plica que se le utilice para conducir electrones en las celdas electrolíticas4 W.: Mostrar una celda electrolítica en la cual se pueda obser=ar Electrodo de ó?ido: reducción >ormado por un metal inerte sumer;ido en una solución, que contiene dos estados di>erentes de o?idación de un elemento ó de una determinada a;rupación molecular y &astas sólidas con estados de o?idación di>erentes, asociadas a las especies in=olucradas.
7.: /&or qué la tensión medida =a disminuyendo con el tiempo durante el >uncionamiento de las celdas ;al=Bnicas4 &or que la concentración de las celdas disminuye con el paso del tiempo y los electros se reducen por un lado y por otro se o?idan esto 0ace q la eciencia de la celda disminuya con esto la tensión disminuye O.: /$uBl es papel del puente salino en la pila4 /!ué ocurre si lo retiras4
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&ara e=itar la me9cla de las soluciones, se utili9a un puente salino, que une los dos compartimientos del electrodo y completa el círculo eléctrico. El puente salino estB >ormado por un ;el que contiene solución salina acuosa concentrada dentro de un tubo. La solución salina mBs utili9ada es el Q$l, ya que los iones Q y $l no a>ectan las reacciones que suceden en las células.
