INFORME NOVENO LABORATORIO LABORATORIO “ELECTRODEPOSICION Y LEYES DE FARADAY” 1. OBJE OB JETI TIVO VO En la siguiente practica se buscan los siguientes objetivos: Aplicar la energía eléctrica para la realización de una reacción química. Aplicar las leyes de Faraday de la electrolisis. Descubrir los usos y aplicaciones de la electrodeposicion de metales.
2. FUNDAMENTO FU NDAMENTO TEÓRICO INTRODUCCIÓN. Elect!"#$%&c'.- arte de la química que trata de la relación entre las corrientes eléctricas eléctricas y las reacciones reacciones químicas! y de la conversión conversión de la energía energía química en eléctrica y viceversa. En un sentido m"s amplio! la electroquímica es el estud estudio io de las las reac reacci cione oness quím químic icas as que que prod produce ucenn e#ec e#ecto toss eléc eléctr tric icos os y de los los #enómenos químicos causados por la acción de las corrientes o voltajes. 2. 1 1 CORRIENT CORR IENTE E EL(CTR EL (CTRICA ICA Y MOVIMIEN MOVI MIENTO TO DE D E IONES ION ES . $a disolución electrolítica es el #enómeno #enómen o por el cual! bajo la acción de un disolvente una molécula se descompone en iones! que se de#ine como I!) ! partícula que se #orma cuando un "tomo neutro o un grupo de "tomos ganan o pierden uno o m"s electrones. %n "tomo que pierde un electrón #orma un ion de carga positiva! llamado catión& un "tomo que gana un electrón #orma un ion de carga negativa! llamado anión. En el la disolución electrolítica la sustancia que se dispersa #ormando iones en una solución se denomina electrolito. $a mayoría de los compuestos inorg"nicos y algunos de los org"nicos se ionizan al #undirse o cuando se disuelven en agua u otros líquidos& es decir! sus moléculas se disocian en especies químicas cargadas positiva y negativamente que tienen la propiedad de conducir la corriente eléctrica ' véase véase (on& (onización). *i se coloca un par de electrodos en una disolución de un electrólito 'compuesto ionizable) y se conecta una #uente de corriente continua entre ellos! los iones positivos de la disolución se mueven +acia el electrodo negativo y los iones negativos +acia el positivo. Al llegar a los electrodos! los iones pueden ganar o perder electrones y trans#ormarse en "tomos neutros o moléculas& la naturaleza de las reacciones del electrodo depende de la di#erencia de potencial o voltaje aplicado. $a acción de una corriente sobre un electrolito puede entenderse con un ejemplo sencillo. *i el sul#ato de cobre se disuelve en agua! se disocia en iones cobre positivos e iones sul#ato negativos. Al aplicar una di#erencia de potencial a los electrodos! los iones cobre se mueven +acia el electrodo negativo! se descargan! y se depositan en el electrodo como "tomos de cobre. $os iones sul#ato! al descargarse en
el electrodo positivo! son inestables y se combinan con el agua de la disolución #ormando "cido sul#,rico y o-ígeno. Esta reacción de descomposición producida por una corriente eléctrica se llama electrólisis En la practica se realizara la electrolisis del agua. *e tiene una disolución acuosa de "cido sul#,rico 'agua con gotas de "cido sul#,rico). $a disolución de "cido sul#,rico se producir" de acuerdo con la siguiente ecuación: or otro lado! en el campo eléctrico presente se movilizan los iones provenientes del "cido y los provenientes del agua. En estas condiciones los iones * /0 y 1 0 se dirigir"n al "nodo y allí el ion 1 0 ceder" su carga! mientras que el ion */0 la retiene. 2omo resultado de ello! la descarga del ion 1 0 #orma agua y moléculas gaseosas de o-igeno! el cual se desprende del "nodo en #orma de burbujas! mientras que el (on */0 retorna a la solución y permanece en estado de ion. Al mismo tiempo! en el c"todo! los iones 1 3 provenientes del "cido y del agua! al ceder sus cargas! #orman moléculas de +idrógeno gaseoso! las cuales se desprenden en #orma de burbujas por el c"todo. En el ejemplo anterior se puede comprobar que los electrodos no su#rieron trans#ormaciones durante el proceso! pero +ay casos en que esto puede ocurrir. or ejemplo! cuando un electrolito contiene iones del mismo material del que est"n +ec+os los electrodos ene el proceso de electrolisis! los iones positivos! al ponerse en contacto con el c"todo! reaccionan con el disolviéndolo mientras que! en el "nodo! los iones negativos se unen solidariamente con el recubrimiento. $a e-plicación que se da a esta #orma de electrolisis se basa en el +ec+o de que las impurezas del electrodo que se desintegran no #orman parte del proceso de la electrolisis y! por lo tanto! al #inal del proceso quedan como impurezas en el #ondo del recipiente! de este se puede retirar o puri#icar metales. En todos los casos! la cantidad de material que se deposita en cada electrodo al pasar la corriente por un electrolito sigue la ley enunciada por el químico #ísico brit"nico 4ic+ael Faraday. Esta ley a#irma que la cantidad de material depositada en cada electrodo es proporcional a la intensidad de la corriente que atraviesa el electrolito! y que las masas de distintos elementos depositados por la misma cantidad de electricidad son directamente proporcionales a las masas equivalentes de los elementos! es decir! a sus masas atómicas divididas por sus valencias. 5odos los cambios químicos implican una reagrupación o reajuste de los electrones en las sustancias que reaccionan& por eso puede decirse que dic+os cambios son de car"cter eléctrico. ara producir una corriente eléctrica a partir de una reacción química! es necesario tener un o-idante! es decir! una sustancia que gane electrones #"cilmente! y un reductor! es decir! una sustancia que pierda electrones con #acilidad. $as reacciones de este tipo se pueden entender bien con un ejemplo! el #uncionamiento de un tipo sencillo de pila electroquímica. Al colocar una varilla de cinc en una disolución diluida de "cido sul#,rico! el cinc! que es un reductor! se o-ida #"cilmente! pierde electrones y los iones cinc positivos se liberan en la disolución! mientras que los electrones libres se quedan en la varilla de cinc. *i se conecta la varilla por medio de un conductor a un electrodo de metal inerte colocado en la disolución de "cido sul#,rico! los electrones que est"n
en este circuito #luir"n +acia la disolución! donde ser"n atrapados por los iones +idrógeno positivos del "cido diluido. $a combinación de iones y electrones produce gas +idrógeno! que aparece como burbujas en la super#icie del electrodo. $a reacción de la varilla de cinc y el "cido sul#,rico produce así una corriente en el circuito e-terno. %na pila electroquímica de este tipo se conoce como pila primaria o pila voltaica. En la batería de acumuladores! o acumulador 'conocida com,nmente como pila secundaria)! se proporciona energía eléctrica desde una #uente e-terior! que se almacena en #orma de energía química. $a reacción química de una pila secundaria es reversible! es decir! se produce en un sentido cuando se carga la pila! y en sentido opuesto cuando se descarga. or ello! una pila secundaria puede descargarse una y otra vez. 2.2 APLICACIONES INDUSTRIALES .0 $a descomposición electrolítica es la base de un gran n,mero de procesos de e-tracción y #abricación muy importantes en la industria moderna. El +idró-ido de sodio o sosa c"ustica 'un producto químico importante para la #abricación de papel! rayón y película #otogr"#ica) se produce por la electrólisis de una disolución de sal com,n en agua ' véase 6lcalis). $a reacción produce cloro y sodio. El sodio reacciona a su vez con el agua de la pila electrolítica produciendo +idró-ido de sodio. El cloro obtenido se utiliza en la #abricación de pasta de madera y papel. %na aplicación industrial importante de la electrólisis es el +orno eléctrico! que se utiliza para #abricar aluminio! magnesio y sodio. En este +orno! se calienta una carga de sales met"licas +asta que se #unde y se ioniza. A continuación! se obtiene el metal electrolíticamente. $os métodos electrolíticos se utilizan también para re#inar el plomo! el esta7o! el cobre! el oro y la plata. $a ventaja de e-traer o re#inar metales por procesos electrolíticos es que el metal depositado es de gran pureza. $a galvanotecnia! otra aplicación industrial electrolítica! se usa para depositar películas de metales preciosos en metales base. 5ambién se utiliza para depositar metales y aleaciones en piezas met"licas que precisen un recubrimiento resistente y duradero. * MATERIALES Y REACTIVOS Fuente de corriente continua Amperímetro de corriente continua 8 9 88 mA. ;aso de precipitado Electrodos 'cobre! níquel) ;olt"metro de 1o##man *ul#ato de cobre '8.< 4) Disolución acuosa de "cido sul#,rico'agua con gotas de "cido sul#,rico). +. PROCEDIMIENTO
,. TABLA DE DATOS a Elect!e/!0&c&!) el c!e Intensidad de corriente (mA) Tiempo de electrolisis (seg) Peso del ánodo inicial (g) Peso del cátodo inicial (g) Peso del ánodo final (g) Peso del cátodo final (g) Concentración del electrolito
PRUEBA 1 2.7 15 8.80 Zn 8.64 Cu 8.17 9.24 0.1
PRUEBA 2 2.8 14 9.02 Zn 9.64 Cu 8.46 10.86 0.1
PRUEBA * 2.8 5 8.62 Cu 9.71 Cu 9.44 8.84 0.1
D&#' l' elect!e/!c&!) el c!e e'l&3'! e) el l'!'t!&!
L' ec#'c&4) e l' e#cc&4) el c!e "#e 5#)c&!)' c!%! c6t!! e07 C#82 8 2e- ⇔ C#9 :e#cc&4) PRUEBA 1 Calculo de la carga total transferida en la experiencia =
=
2.7 A " 900 seg
=
24!02
Calculo de la cantidad de co#re depositado por el $étodo te%rico m2u
6!.5 " 24!02 =
96500
=
2
1.59
g
g
Calculo de cantidad de cinc depositado en el c&todo por el $étodo experi$ental de la diferencia de la $asa c&todo final ' el c&todo inicial m2u
=
( 9.24
−
)
8.80 g
=
0.44g
(eter$inaci%n del error entre el valor te%rico ' el valor experi$ental ) Error
0.004 =
−
0.44
100
0.44
90.9)
=
*orcenta+e del rendi$iento de la electrodeposicion del, co#re ' -inc ) e n di$ iento
0.04 =
"100
=
9.09)
0.44
PRUEBA 2 Calculo de la carga total transferida en la experiencia =
=
seg 2.8 A " 840
2!522
=
Calculo de la cantidad de cinc depositado por el $étodo te%rico m2u
65.4 " 2!522 =
96500
1.59
=
2
g
g
Calculo de cantidad de cinc depositado en el c&todo por el $étodo experi$ental de la diferencia de la $asa c&todo final ' el c&todo inicial m zn
=
(10.86
−
) g
9.64
=
1.22
(eter$inaci%n del error entre el valor te%rico ' el valor experi$ental ) Error
1.22 =
−
1.59
" 100
1.59
=
2!.27)..
*orcenta+e del rendi$iento de la electrodeposicion del, co#re ) e n di$ iento
1.22 =
"100
=
76.72)
1.59
PRUEBA * Calculo de la carga total transferida en la experiencia =
=
2.8 A " !00 seg
=
8402
Calculo de la cantidad de co#re depositado por el $étodo te%rico m2u
6!.5 " 8402 =
96500
=
2
0.55
g
g
Calculo de cantidad de co#re depositado en el c&todo por el $étodo experi$ental de la diferencia de la $asa c&todo final ' el c&todo inicial m zn
=
( 9.44
−
) g
8.62
=
0.82
(eter$inaci%n del error entre el valor te%rico ' el valor experi$ental ) Error
0.55 =
−
0.82
"100
0.82
=
!2.92)..
*orcenta+e del rendi$iento de la electrodeposicion del, co#re ) e n di$ iento
0.55 =
"100
=
67.07)
0.82
E) l!0 c!%e)t'&!0 el e;/e&%e)t! e elect&c&' /! %e&! 0'l&)! 0!l! 0e t&e)e "#e t!%' e)c#e)t' "#e e) l' e'cc&!) e l'0 !0 0#0t')c&'0 %'0 el %e&! 0'l&)! )!0 e%#e0t' "#e /! %e&! e #)' e'cc&!) 0e /#ee !te)e elect&c&' c!) l!0 e'ct&
TERCER E$PERI%E"T#
El tece e;/e&%e)t! )! e0#lt! =' "#e t')t! el c6t!! = el 6)!! el &)0t#%e)t! e %e&c&4) e0t'') 0#l5't'!0 = )! /e%&t&') el /'0! e c!&e)te el>ct&c'. & C#%E"TARI# DE L# RE!LTAD# DE LA PRACTICA
/n la electrodeposicion del co#re se o#serva en la practica ue los iones negativos del co#re se unen ' e$pie-an a recu#rir al c&todo, ade$&s se o#serva ue el &nodo de cinc al final de la electr%lisis ue de#ido al paso de los electrones de la energa eléctrica se e$pie-a a oscureces, en los datos o#tenidos en la practica se tiene los resultados diferentes de#ido a ue el a$per$etro no indicara el valor verdadero de la lectura de las escalas del a$per$etro provocando un error de la $asa te%rica, ' en el caso de la $asa calculado por el $étodo experi$ental cuando se ace circular la corriente eléctrica se produce el transporte del cinc desde el &nodo asta el c&todo, las sustancias extra3as se precipitan al
fondo del recipiente. *or lo ue la $asa de co#re o#tenido dis$inuir& con lo calculado te%rica$ente
? CONCLUSIÓN /n la practica se aprende el $ane+o de los instru$entos para la electr%lisis. a$#ién se o#serva ue con la a'uda de la energa eléctrica a'uda en la reacci%n u$ica para lograr la electro deposici%n de $etales, con la a'uda de las le'es de arada' con estas #ases te%ricas ue $ediante la electr%lisis se transportan los iones negativos para el recu#ri$iento de los $etales. ecnol%gica$ente la electrodeposici%n de $etales se e$plea en diferentes ca$pos de la industria co$o >e#inado de cobre, la electr%lisis del co#re a'uda al refinado o purificaci%n, el co#re es de gran i$portancia en la industria co$o $ateria pri$a en la fa#ricaci%n de conductores eléctricos, porue la presencia de i$pure-as en el co#re puede presentar ca$#ios no convenientes en la resistencia en la resistencia del $etal. $a galvanoplastia y la galvanostegia, son dos de los $étodos #asados en la electr%lisis ue usa para recu#rir o#+etos con deter$inado $etal co$o oro, plata, etc. /n la galvanoplastia se recu#re un o#+eto ue ' recu#ierto con algn polvo $et&lico para ue pueda actuar co$o c&todo en la cu#a electroltica, al final del proceso el o#+eto se recu#rio del $etal deseado. /n la galvanostegia! el procedi$iento se reali-a en for$a si$ilar, aunue el o#+eto no es el de reproducir $odelos, sino $as #ien recu#rirlo para darle $a'or #elle-a, resistencia o protecci%n a deter$inadas sustancias. /ntre las operaciones de la galvanostegia se pueden citar las siguientes el dorado, plateado, niuelado, cro$ado etc.
@ BIBLIORAFIA #&' e l'!'t!&! I). O0c' V&l' C!%/e)&!0 e #$%&c' e)e'l Le!)'! C!!)el
