LEYES CUANTITATIVAS DE LA ELECTROLISIS
1. OBJETIVO Determinar experimentalmente la magnitud de la primera ley de Faraday, mediante la electrólisis de una solución de ácido sulfúrico, midiendo el hidrógeno producido por una corriente de intensidad conocida durante un determinado tiempo.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO MICHAEL FARADAY (1791 - 1867) Nació en Inglaterra, y fue uno de los diez hijos de un herrero pore. ! los "# a$os, fue aprendiz de un encuadernador de liros %ue dio al jo&en tiempo para leer e incl inclus usi& i&e e asist asistir ir a confe confere renc ncia ias. s. 'n "(") "(") fue fue ayuda ayudant nte e en el lao laora rato tori rio o de *umphrey Da&y en el instituto real. Desarrolló m+todos para la licuefacción de gases gases desc descur urió ió el ence enceno no y form formuló uló las las relaci relacione oness cuant cuantititat ati&a i&ass entr entre e la corriente el+ctrica y el grado en %ue se lle&a a cao una reacción %u-mica en celdas electro%u-micas, ya sea para producir o para utilizar electricidad. 'n esa +poca, el cient-fico dan+s *ans hristian /ersted descurió /ersted descurió los campos magn magn+t +tic icos os gener enerad ados os por corr corrie ient ntes es el+c el+ctr tric icas as.. 0asá 0asán ndose dose en esto estoss experimentos, Faraday logró desarrollar el primer motor el+ctrico conocido. 'n "(1" colaoró con harles 2heatstone e in&estigó sore fenómenos de inducción electromagn+tica. /ser&ó %ue un imán en mo&imiento a tra&+s de una oina induce en ella una corriente el+ctrica, lo cual le permitió descriir matemáticamente la ley %ue rige la producción de electricidad por un imán. 3ealizó además &arios experimentos electro%u-micos %ue le permitieron relacionar de forma directa materia con electricidad. 4ras oser&ar cómo se depositan las sales presentes en una cua electrol-tica al pasar una corriente el+ctrica a su tra&+s, determinó %ue la cantidad de sustancia depositada es directamente proporcional a la cantidad de corriente circulante, y %ue, para una cantid cantidad ad de corrien corriente te dada, dada, los distinto distintoss pesos pesos de sustan sustancia ciass depositadas están relacionados con sus respecti&os e%ui&alentes %u-micos. LABORATORIO DE ELECTROQUIMICAPágina 1
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5osteriores aportaciones %ue resultaron definiti&as para el desarrollo de la f-sica, como es el caso de la teor-a del campo electromagn+tico introducida por 6ames ler7 8ax9ell, se fundamentaron en la laor pionera %ue ha-a lle&ado a cao 8ichael Faraday.
Lee! "e F#$#"#% 'ntre "(::;"(1: 8ichael Faraday f-sico y %u-mico ingl+s, realizó estudios cuantitati&os referente a la relación entre la cantidad de electricidad %ue pasa por una solución y resultado de sus in&estigaciones las enuncio entre los a$os "(11; "(1# en las leyes %ue tienen su nomre.
L# &$'e$# e% <=a masa de una sustancia %ue inter&iene en una reacción electrol-tica es directamente proporcional a la cantidad de carga, o electricidad, %ue pasa a tra&+s de la solución>. ?e$ala %ue la masa de una sustancia in&olucrada en la reacción de cual%uier electrodo es directamente proporcional a la cantidad de electricidad %ue pasa por una solución. L# !e*+,"# Le% <=a razón de las masas de diferentes sustancias producidas durante la electrólisis en una pila es igual a la razón de sus pesos e%ui&alentes>. ?e$ala %ue las masas de las diferentes sustancias producidas por el paso de la misma cantidad de electricidad son directamente proporcionales a sus e%ui&alentes en gramos.
( ) ( ) m meq
=
cátodo
m meq
ánodo
=a ley de Faraday en la forma moderna@
Donde@ m A es la masa de la sustancia producida en el electrodo Ben gramosC, A es la carga el+ctrica total %ue pasó por la solución Ben culomiosC, % A es la carga del electrón A ".E:) x ": ;" culomios por electrón, LABORATORIO DE ELECTROQUIMICAPágina 2
LEYES CUANTITATIVAS DE LA ELECTROLISIS n A es el número de &alencia de la sustancia como ion en la solución Belectrones por ionC, F A %N ! A E#(G Hmol ;" es la onstante de Faraday, 8 A es la masa molar de la sustancia Ben gramos por molC, y N ! A es el Número de !&ogadro A E.:)) x ": )1 iones por mol. I A es la corriente el+ctrica Ben amperiosC t A es el tiempo transcurrido Ben segundosC
. ARTE E/ERIMENTAL .1. MATERIALE0 " aso de precipitado de #:: ml " 'udiómetro ?oporte uni&ersal Fuente de ") de c.c. 5inza porta uretas !mper-metro ales conductores 3egla graduada 5laca de core para el ánodo !lamre de core aislado para el cátodo B)G cmC 5roeta ronómetro oltámetro mixto
.2. REACTIVO0 • •
Jcido sulfúrico :.G8 !gua destilada
.. ROCEDIMIENTO •
• •
Verter 200m !e ag"a !e#tia!a en e $a#% !e &re'i&ita'i(n ) "eg% a*a!ir entamente 100m !e a #%"'i(n !e á'i!% #"+,ri'% 0-.M Pe#ar a &a'a an(!i'a !e '%/re Armar e 'ir'"it%
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• • •
Me!ir e tiem&% !e ee'tr(i#i# Leer a inten#i!a! !e '%rriente ini'ia ) na Me!ir e $%"men !e ga# 3i!r(gen%45 a at"ra !e ag"a en e t"/%5 a tem&erat"ra ) a &re#i(n atm%#+6ri'a-
. FLUJORAMA DE LA R3CTICA
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VERTER 200 mL DE A8UA DESTILADA EN UN VASO DE PRECIPITADO-
A9ADIR LENTAMENTE .0 mL DE UNA SOLUCION DE ACIDO SUL:URICO M
PESAR LA PLACA ANODICA DE COBRE
MEDIR EL TIEMPO DE ELECTROLISIS
LEER LA INTENSIDAD DE CORRIENTE INICIAL Y :INAL
MEDIR EL VOLUMEN DE 8AS ;IDRO8ENO45 LA ALTURA DE A8UA EN EL TUBO5 LA TEMPERATURA Y LA PRESION ATMOS:ERICA
. DATO0 Y CALCULO0 LABORATORIO DE ELECTROQUIMICAPágina .
LEYES CUANTITATIVAS DE LA ELECTROLISIS .1. DATO0
TIEMPO DE ELECTROLISIS INTENSIDAD DE CORRIENTE VOLUMEN DE HIDROGENO ALTURA DE LA COLUMNA DE H2O PRESIÓN ATMOSFERICA TEMPERATURA MASA DEL ANODO DE COBRE
PRESIÓN DE VAPOR DEL AGUA
1 MINUTO INICIAL< 1-=7 A :INAL< 1->. A 1=-? 'm 2>-2 'm 7>. mm;g 20 @C INICIAL< 1->0>1 g :INAL< 1-=?.> g 1-. mm;g
HALLANDO EL VALOR DE FARADAY%
CÁTODO (-): H2O 2H
+
H + + OH-
+ 2ē
H2 Nú!"# $! !%&'*!,!
*allando la altura en mm*g a partir h *)/ A ).) cm h H O∗d H O =h Hg∗ d Hg 2
2
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LEYES CUANTITATIVAS DE LA ELECTROLISIS h Hg=
h H O∗d H O 2
2
d Hg
=
292 mm∗1 g / ml 13.6 g / ml
=21. 4706 mmHg
h Hg=21. 4706 mmHg
*allando la presión de hidrógeno P A = P B Patm = P H + h Hg + Pvapor de H O 2
2
P H = P atm− h Hg − Pvaporde H O= 495−21. 4706 −17.50 2
2
P H = 456.0294 mmHg 2
*allando la masa de hidrógeno P H ∗V H = 2
m H
2
M
2
m H = 2
∗ R∗T
P H ∗V H ∗ M 2
2
R∗T
456.0294
mmHg∗0.0186 L∗2.0159
= 62.396
mmHg∗ L ∗293 K mol∗ K
−4
m H = 9.3530∗10 g 2
on <=a "ra =ey De Faraday> m H = 2
F 1=
A ∗ It nF
A ∗ I t n ¿ m H prom 2
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g mol
LEYES CUANTITATIVAS DE LA ELECTROLISIS F 1=
2.0159 g −4
2∗9.3530∗10
g
∗1.8950 A∗60 s =122531.7171 As
F 1= 122531.7171 As
ÁNODO (+): C&
C&++ + 24 Nú!"# $! !%&'*!,!
*allando la masa de core mC= △ m=|m!"nal + m"n"c"al| mC=|17.9091 g −17.8659 g| mC= 0.0432 g
on <=a "ra =ey De Faraday> mC=
F 2 =
F 2 =
A ∗ It nF
A t ∗ I n ¿ mC prom 63.546 g 2∗0.0432 g
∗1.8950 A∗60 s = 83624.7708 As
F 2 =83624.7708 As
5romediando el &alor de F!3!D!K@ F 1+ F 2 F = 2
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LEYES CUANTITATIVAS DE LA ELECTROLISIS F =
122 531.7171 As + 83624.7708 As 2
F =103078 # 2440 As $
= As
C eq −gr
5. CUE0TIONARIO #) E!$''$ #! !e'$e#',e! +$$'"#! e, ! ee$"!. ANODO (:) u
uLL L )M
*)/
* L L /*;
CATODO (-)
)* L L )M
*)
) E;&'#$ # "'!',+'<, "e #!# +$$'"# e, e =," "e $e 'l core se encuentra en el JN/D/ donde ocurre un proceso de oxidación en el cual el core metálico se oxida a u LL. 's por ello %ue al transcurrir un determinado tiempo en el proceso electrol-tico el core disminuirá su masa de core metálico y pasará a la solución como u LL, &erificando esto se podrá oser&ar %ue la solución tomará una tonalidad azulada.
) $e&#$#$ +,# ## &$ e,! , "'!+',e! ee$>'#!? @e$''#," #! ee! "e F#$#"#. A"e=! ',"'#," #! !e'$e#',e! "e ! ee$"! # $e#'<, # "e !'!e#.
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5. CONCLU0IONE0 •
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?e determinó experimentalmente la magnitud de la primera ley de Faraday, mediante la electrólisis de una solución de ácido sulfúrico, midiendo el hidrógeno producido por una corriente de intensidad conocida durante un determinado tiempo. ?ore la ase de los pesos e%ui&alentes del hidrogeno y core respecti&amente se calculó el &alor del Faraday promedio. !mos resultados se asemejan al &alor teórico, el %ue no sea el mismo puede deerse a fallas cometidas en la manipulación de instrumentos, como error de paralaje, o usar e%uipos no calirados %ue da$aron nuestros resultados.
7. BIBLIORAFA •
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<I8I! O'N'3!= ' IN/3O!NI!> B=eonardo Oermán oronel 3odr-guezC <I8I! O'N'3!=>B6uan Oo$i OalarzaC http@PP999.%uimicayalgomas.comP%uimica;generalPelectrolisis;y;pilas
[email protected]'lectrQ1Q01lisis
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