I. RESUMEN El objetivo esta práctica es estudiar la ecuación de Nernst aplicada a la celda electroquímica (Znº/Zn +2 (0!"# // $u+2 (0!"# /$uº #%a di&erentes concentraciones así como el estudio de la le' de arada' )ara el caso de la ecuación de Nernst los potenciales obtenidos &ueron* $u+2, - 0! 0!"#% "#% 1.07v (Zn+2, - 0!" ' $u+2, - 00!"# y 1.1v (Zn+2, - 0!" ' $u 1.1v (Zn 1.07v (Zn $u+2, - 000!"# 1.04v (Zn+2, - 0!" ' $u .e lo an ante teri rior or se pu pued edee co conc nclu luir ir qu quee en un unaa ce celd ldaa a alv lván ánic icaa a me meno noss concentración de una de las soluciones el potencial será menor ' en el caso de la celda electrolítica a más amperaje la masa obtenida será ma'or
II. INTRODUCCIÓN a enería el1ctrica es una de las &ormas de enería de ma'or importancia práctica para la vida contemporánea n día sin enería el1ctrica% 'a sea por &allas de la compa3ía que suministra la lu4 o por &alta de baterías% es inconcebible en nuestra sociedad tecnolóica El área de la química que estudia la conversión entre la enería el1ctrica ' la enería química es la electroquímica os procesos electroquímicos son reacciones redo5 en donde la enería liberada por una reacción espontánea se trans&orma en electricidad% o la electricidad se utili4a para inducir una reacción química no espontánea 6 este 7ltimo proceso se le conoce como electrólisis a descomposición electrolítica es la base de un ran n7mero de procesos de e5tracción ' &abricación mu' importantes en la industria moderna a sosa cáustica (un producto químico importante para la &abricación de papel% ra'ón ' película &otorá&ica# se produce por la electrólisis de una disolución de sal com7n en aua a reacción produce cloro ' sodio El sodio reacciona a su ve4 con el aua de la pila electrolítica produciendo sosa cáustica El cloro obtenido se utili4a en la &abricación de pasta de madera ' papel na aplicación industrial importante de la electrólisis es el 8orno el1ctrico% que se utili4a para &abricar aluminio% manesio ' sodio En este 8orno% se calienta una cara de sales metálicas 8asta que se &unde ' se ioni4a 6 continuación% se deposita el metal electrolíticamente os m1todos electrolíticos se utili4an tambi1n para re&inar el plomo% el esta3o% el cobre% el oro ' la plata a ventaja de e5traer o re&inar metales por procesos electrolíticos es que el metal depositado es de ran pure4a a alvanot1cnia% otra aplicación industrial electrolítica% se usa para depositar películas de metales preciosos en metales base 9ambi1n se utili4a para depositar metales ' aleaciones en pie4as metálicas que precisen un recubrimiento resistente ' duradero a electroquímica 8a avan4ado recientemente desarrollando nuevas t1cnicas para colocar capas de material sobre los electrodos% aumentando así su e&icacia ' resistencia
III. FUNDAMENTO TEÓRICO Electroqu!"c# Electroquímica es una rama de la química que estudia la trans&ormación entre la enería el1ctrica ' la enería química En otras palabras% las reacciones químicas que se dan en la inter&ase de un conductor el1ctrico (llamado electrodo% que puede ser un metal o un semiconductor# ' un conductor iónico (el electrolito# pudiendo ser una disolución ' en alunos casos especiales% un sólido :i una reacción química es conducida mediante un voltaje aplicado e5ternamente% se 8ace re&erencia a una electrólisis% en cambio% si el voltaje o caída de potencial el1ctrico% es creado como consecuencia de la reacción química % se conoce como un ;acumulador de enería el1ctrica;% tambi1n llamado batería o celda alvánica as reacciones químicas donde se produce una trans&erencia de electrones entre mol1culas se conocen como reacciones redo5% ' su importancia en la electroquímica es vital% pues mediante este tipo de reacciones se llevan a cabo los procesos que eneran electricidad o en caso contrario% es producido como consecuencia de ella En eneral% la electroquímica se encara de estudiar las situaciones donde se dan reacciones de o5idación ' reducción encontrándose separadas% &ísicamente o temporalmente% se encuentran en un entorno conectado a un circuito el1ctrico Esto 7ltimo es motivo de estudio de la química analítica% en una subdisciplina conocida como análisis potenciómetro
$orriente el1ctrica ' movimiento de iones
E$tequ"o!etr"# %e l# electrol"$"$ as relaciones cuánticas entre electricidad ' cambio químico &ueron descritas oriinalmente por "ic8ael arada' en !<=2 ' !<== El trabajo de arada' se conoce mejor por la re&erencia a las medias reacciones que ocurren durante la electrólisis El cambio en el cátodo durante la electrólisis del cloruro de sodio &undido* Na+ + e> >? Na
Cel%#$ &#lv'("c#$) volt#"c#$ o *"l#$
•
uncionan espontáneamente
•
tili4a una reacción química para reali4ar trabajo el1ctrico
•
uncionamiento*
Ejemplo* pila Znº(s# /Zn+2(a "# // $u+2(b "# /$uº (s# @nodo (>#* A5idación* Znº(s# B Zn2+(ac# + 2e> $átodo (+#* Ceducción* $u2+(ac# + 2e> B $uº(s# )uente salino o tapón poroso* &lujo de iones os electrones se mueven a trav1s del circuito e5terno desde el luar de la o5idación (ánodo# 8acia el sitio de la reducción (cátodo# 6niones
Cel%# electrolt"c# na celda electrolítica consta de un líquido conductor llamado electrolítico además de dos electrodos de composición similar a celda como tal no sirve como &uente de enería el1ctrica% pero puede conducir corriente desde una &uente e5terna denominada acción electrolítica :e usa en electro deposición% electro
&ormación%
producción
de
ases
'
reali4ación
de
muc8os
procedimientos industriales% un ejemplo es la re&inación de metales :iendo la cantidad producida de cualquier sustancia proporcional a la cantidad de electricidad que atraviesas la celda Esta relación &ue descubierta por "ic8el arada' ' resumida en lo siuiente* DF00 $oulomb de electricidad producen un equivalente ramo de determinada sustancia en cada electrodo :e7n arada'* " - ()E# G t
DF00$
:i debido al &lujo de la corriente los electrodos se tornan desiuales% es posible que ocurra una acción voltaica
na celda electrolítica se produce una reacción de descomposición en base a los electrones que circulan por la solución electrolítica na celda voltaica se produce una reacción ' como consecuencia de esa reacción se liberan electrones produci1ndose una di&erencia de potencial (eneras corriente el1ctrica#
Hertimos soluciones en = vasos de precipitación% en el primero vertimos I0 ml de sul&ato de cinc 0%!"% en el seundo vertimos IF ml de $loruro Esta3oso !%0" ' al tercero vertimos 20 ml de $loruro erroso
6condicionamos papel de aluminio previamente cortado !=5!= cm )reparamos 20 ml de una solución saturada de $loruro de :odio 63adimos carbón activado al mortero para moler &inamente
Cel%#$ electrolt"c#$ • • •
lenamos un tubo con una solución diluida de sul&ato de sodio !" :umerimos en los dos e5tremos varillas de ra&ito ueo conectamos a la &uente de corriente continua
$uando se conectó el multímetro en serie con cada celda alvánica ' se cerró el circuito% el instrumento su&rió una de&le5ión que indica que la corriente pasa por el circuito% ' este paso es una evidencia de que e5iste una di&erencia de potencial entre los electrodos os resultados obtenidos al medir las = celdas con el multímetro &ueron !%0I2v% !%00Fv ' 0%=Iv respectivamente donde se puede apreciar que el potencial decrece% mientras más diluida es la solución na seria objeción al uso del multímetro o del voltimetro para la medición e5acta de los potenciales de celda (&em#% es que este aparato consume aluna corriente% provocando así un cambio en la &em a causa de la &ormación de productos de reacción en los electrodos% por lo tanto% el potencial medido con
este
instrumento
no
será
el
total
de
la
celda
+III. CONCUSIONES •
a celda alvánica esta basada en la o5idación > reducción donde se produce un cambio en los Os de o5idación de las sustancias% esta reacción produce un di&erencial de potencial lo enerando corriente el1ctrica
•
a celda alvánica está basada en la o5idación > reducción donde se produce un cambio en los Os de o5idación de las sustancias os electrones tienen que &luir por el circuito e5terno desde el electrodo neativo al positivo En el electrodo neativo tiene luar la o5idación ' la reducción se veri&ica en el electrodo positivo 6l sumar las reacciones de o5id ' red resulta la celda
•
os electrones tienen que &luir por el circuito e5terno desde el electrodo neativo al positivo En el electrodo neativo tiene luar la o5idación ' la reducción se veri&ica en el electrodo positivo Esto es lo q enera la corriente el1ctrica
•
a di&erencia de potencial varía d &orma directa con la concentración
•
El uso del puente salino es importante pues conecta las 2 soluciones% evitando su me4cla
•
a masa desprendida en un electrodo de una solución es proporcional a la cantidad de electricidad que está pasando
•
El uso del puente salino es importante pues concentra a las 2 soluciones% evita su me4cla además que elimina completamente el potencial de unión ' que la &em medida es simplemente la suma de los 2 potenciales
electródicos
I-. RECOMENDACIONES •
avar bien los recipientes a utili4ar par as evitar variaciones en la concentraciones o quitarle pure4a a las sustancias
•
En el proceso de la celda electrolítica 8a' que tener cuidado de conectar los cables positivo ' neativo de la &uente en sus respectivos luares 'a que de producirse este error el e5perimento estaría completamente errado
•
eer atentamente% las etiquetas de los reactivos
•
•
No &umar% comer o beber dentro del laboratorio de química
•
•
No 8acer e5perimentos o pruebas no autori4adas por los docentes
! Escriba la semi>reacción que se produce en el ánodo de la celda ! Gndique el potencial estándar de esta semi>reacción% EX tabla de potenciales de o5idación
2 YEn el ánodo se producen reduccionesW
o5idación
se la
= Escriba la semi>reacción que se producen en el catodo de la celda !Gndique el potencial estándar de esta semi>reacción% EX
o5idación
se
la tabla de potenciales reducción
I En el cátodo se producen Yo5idaciones o reduccionesW
F Escriba la semi>reacción que se produce en el cátodo de la celda 2 Gndique el potencial estándar de esta semi>reacción% EX
o5idación
.esde su punto de vista Y$uál de las celdas es la más e&iciente en t1rminos de voltajeW
L Escriba la semi>reacción que se produce en el ánodo de la celda =Gndique el potencial estándar de esta semi>reacción EX
o5idación
se
la tabla de potenciales de o5idación
< Escriba la reacción lobal de la celda = Gndique el potencial estándar% EX celda
D En las celdas !%2 ' = Y$uáles son los electrodos activos '/o inertesW
!0En electroquímica YTu1 es un electrodoW
Cel%#$ %e Co!/u$t"/le Alu!"("o A"re ! Y)or qu1 se debe arear sal para que la pila &uncioneW
2 YTu1 8ace que la pila creada se comporte como una celda de combustibleW
= YEsta pila es más o menos poderosa que una celda alvánica convencionalW
I Y$ómo &unciona una celda de combustibleW
Cel%#$ electrolt"c#$
$olor inicial en el cátodo
$olor inicial en el ánodo
$olor despu1s de los I minutos en el ánodo
$olor despu1s de los 2F minutos en el cátodo
Cojo de metilo
>>>>>>>>>>>>>>>>>>
enol&taleína
>>>>>>>>>>>>>>>>>> >>>>>>>>>>>>>>>
>>>>>>>>>>>>>>>>>>
! YTu1 indica el cambio de color de rojo metilo en el ánodoW
2 Escribir las semi>reacciones que está produciendo en el ánodo Gndique los estados de areación ' el potencial estándar de las semi>reacciones
= En el ánodo se aprecian burbujas que se desprenden del electrodo Y$uál es el nombre de dic8o asW
I YEn qu1 electrodo se aprecia la presencia de burbujasW Y$uál es el nombre de dic8o asW
F Escribir las semi>reacciones que se está produciendo en el cátodo Gndique los estados de areación ' el potencial estándar de las semi>reacciones
Y$uál es el voltaje ' el amperaje de la &uente de corriente continuaW
L Y$uál es la relación de o5íeno a nitróeno en esta electrólisisW
< Y$uál es el sino de potencial estándar de celda% EX celdaW
!! 6 qu1 se denomina electrolitos[% mencione tres ejemplos n electrl"to es una sustancia que se descompone en iones (partículas caradas de electricidad# cuando se disuelve en los líquidos del cuerpo o el aua% permitiendo que la enería el1ctrica pase a trav1s de ellos
6lunos de los ejemplos de electrolitos son el sodio% el potasio% el cloruro ' el calcio a responsabilidad principal de los electrolitos en los seres vivos es llevar nutrientes 8acia las c1lulas ' sacar los desec8os &uera de estas os electrólitos pueden ser d1biles o &uertes% se7n est1n parcial o totalmente ioni4ados o disociados en medio acuoso n electrolito &uerte es toda sustancia que al disolverse en aua lo 8ace completamente ' provoca e5clusivamente la &ormación de iones con una reacción de disolución prácticamente irreversible n electrolito d1bil es una sustancia que al disolverse en aua lo 8ace parcialmente ' produce iones parcialmente% con reacciones de tipo reversible os electrolitos eneralmente e5isten como 'c"%o$) /#$e$ o $#le$. n electrólito se describe como concentración de iones\ o
diluido%
concentrado
si tiene una alta
si tiene una baja concentración :i
tiene una alta proporción del soluto disuelto se disocia en iones% la solución es fuerte \ si la ma'or parte del soluto permanece no ioni4ado la solución es débil os electrólitos juean un papel importante en los seres vivos 6'udan a mantener el &luido adecuado ' el balance ácido>base dentro del cuerpo 6lunos de los cationes biolóicos más importantes son Na+% +% $a]2+ ' " 6demás del $l>% el A]2> ' el :]2>% los aniones más importantes son los aniones poliatómicos n ión poliatómico es un ión que contiene más de un átomo Ejemplos de iones poliatómicos son% el ión bicarbonato (J$A=>#% que es un anión compuesto de cinco átomos% al iual que el ion sul&ato (:AI]2>#\ el catión amonio (NJI+# compuesto por cinco átomos% etc Ejemplos* >$loruro de sodio &undido (Na$l# > @cido nítrico > $loruro mercurioso (J$l 2#
18.Bu e$ l# FEM Me(c"o(e #l&u(#$ #*l"c#c"o(e$. a &uer4a electromotri4 (E"# es toda causa capa4 de mantener una di&erencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente el1ctrica en un circuito cerrado Es una característica de cada enerador el1ctrico $on carácter eneral puede e5plicarse por la e5istencia de un campo electromotor ^ cu'a circulación% _^ ds% de&ine la &uer4a electromotri4 del enerador a &em se mide en voltios% al iual que el potencial el1ctrico E5isten di&erentes dispositivos capaces de suministrar enería el1ctrica% entre los que podemos citar* ,"l#$ o /#ter#$ :on las &uentes de E" más conocidas del ran p7blico Keneran enería el1ctrica por medios químicos as más comunes ' corrientes son las de carbón>4inc ' las alcalinas% que cuando se aotan no admiten recara as 8a' tambi1n de níquel> cadmio (Ni$d#% de níquel e 8idruro metálico (Ni>"J# ' de ión de litio (i>ion#% recarables En los automóviles se utili4an baterías de plomo>ácido% que emplean como electrodos placas de plomo ' como electrolito ácido sul&7rico me4clado con aua destilada M'qu"(#$ electro!#&(t"c#$ Keneran enería el1ctrica utili4ando medios man1ticos ' mecánicos Es el caso de las dinamos ' eneradores peque3os utili4ados en ve8ículos automotores% plantas el1ctricas portátiles ' otros usos diversos% así como los de ran tama3o empleado en las centrales 8idráulicas% t1rmicas ' atómicas% que suministran enería el1ctrica a industrias ' ciudades Cel%#$ otovolt#"c#$ o otoelctr"c#$ lamadas tambi1n celdas solares% trans&orman en enería el1ctrica la lu4 natural del :ol o la de una &uente de lu4 arti&icial que incida sobre 1stas :u principal componente es el silicio (:i# no de los empleos más enerali4ados en todo el mundo de las celdas voltaicas es en el encendido automático de las luces del alumbrado p7blico en las ciudades
Eecto *"eGoelctr"co )ropiedad de alunos materiales como el cristal de cuar4o de enerar una peque3a di&erencia de potencial cuando se ejerce presión sobre ellos na de las aplicaciones prácticas de esa propiedad es captar el sonido rabado en los antiuos discos de vinilo por medio de una auja de 4a&iro% que al desli4arse por los surcos del disco en movimiento convierten sus variaciones de vaiv1n en corriente el1ctrica de audio&recuencia de mu' baja tensión o voltaje% que se puede ampli&icar ' oír a un nivel muc8o más alto 1H.E:*l"que %e que or!# $e *ue%e( *re%ec"r lo$ *ro%ucto$ e( u( *roce$o electrolt"co. En un proceso electrolítico se puede predecir los resultados mediante las ecuaciones de reacción 6demás que si se tienen todos los datos necesarios (intensidad de corriente% tiempo# el cálculo se 8ace simple )or ejemplo para la solución de 8idró5ido de sodio se sabe que se &orman los iones J + ' A>2% una ve4 que empiece a pasar corriente el1ctrica el J+ (positivo# se diriirá al cátodo ' el A >2 (neativo# ira 8acia el ánodo Ariinando as 8idroeno en el cátodo ' as o5ieno en el ánodo
