Laboratorio de Electroquímica y Corrosión. Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas (ESIQIE !ractica "o.# $ELEC%&'LISIS )rupo* 2PV51
!ro+esor* Roberto Casillas Muñoz •
Integrantes* Alavez Olmos Vicente Correa Cruz Israel García Valdez ernando Re!es Gonz"lez #onatan Ville$as Ramos Adri"n #es%s
&'(I)I'* 'scuela (u+erior de In$eniería In$eniería )uímica )uímica e Industrias Industrias ',tractivas P"$ina 1
Laboratorio de Electroquímica y Corrosión. ,EC- /E E"%&E)* -.('P/I'M0R'.21
0"/ICE •
Ob3etivo44444444444444444444444444444
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4444444444444 Marco /e6rico77 444444444444444444444444444444444
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444447 8esarrollo 447 444444444444444444444444444444444
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444444 5 Resultados 444444444444444444444444444444444
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44444444 Observaciones44444444444444444444444444
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4444444444444 9 Conclusiones444444444444444444444444444 4444444444444 -
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Laboratorio de Electroquímica y Corrosión.
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'b1etivos )eneral •
'l alumno identi:car" el ;en6meno de la electrolisis mediante la construcci6n de un sistema electrolítico a escala laboratorio ! +lantear" su mecanismo
'b1etivos Especí2cos Armar un sistema electro
3arco %eórico Se entiende por electrólisis al proceso no espont4neo de conducción el5ctrica en electrolitos6 acompa7ado de reacciones químicas de óxido8reducción en la super2cie de los electrodos que 9acen contacto con el electrolito debiendo imponerse entre ellos una +uer:a de potencial mínima (E/ necesaria para +acilitar dic9o proceso. En #;<<6 lessandro =olta descubre la pila que lleva su nombre6 adem4s la existencia del potencial de descomposición (E/ que es necesario alcan:ar o rebasar para que se d5 el +enómeno electrolítico> ya en #;?@6 3ic9ael ,araday descubrió y publicó leyes que rigen cuantitativamente los procesos catalíticos y dio nombre a los di+erentes componentes de que dan lugar a la trans+erencia de electrolitos. sí es como =olta descubre que antes de alcan:ar el potencial E /6 el electrolito conduce tenuemente la electricidad como si se tratara de un resistor el5ctrico6 design4ndolo como $de etapa de conducción la primera clase6 pero al llegar a E/ y rebasarlo6 el electrolito adem4s de presentar reacciones en los electrodos6 conduce muc9o me1or la electricidad que en la etapa previa design4ndose como $de etapa de conducción la segunda clase. &'(I)I'* 'scuela (u+erior de In$eniería )uímica e Industrias ',tractivas P"$ina
Laboratorio de Electroquímica y Corrosión. ,araday nombró iones aquellas partículas atómicas o moleculares con de2ciencia o con exceso de carga electrónica en su Altima capa electrónica6 pues responden a la aplicación de campos el5ctricos di+undi5ndose por el electrolito. Los cationes de carga (B 9acia la terminal (8 o c4todo y los aniones de carga (8 9acia la terminal (B o 4nodo. %ambi5n se acu7ó el t5rmino $electrólisis6 como rompimiento debido a la electricidad. &eacciones catódicas simples son la evolución de - desde una solución 4cida con electrodos inertes o la deposición de cobre sobre un c4todo de cobre desde una solución de sul+ato cAprico. @-B B
@e8
-@(g
Cu@B 8
@e8
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&eacciones anódicas 9abituales son la evolución del oxígeno sobre electrodos inertes desde una solución acuosa alcalina* @I8 8
@e8
I@
/ebe en+ati:arse que durante una electrólisis no existe acumulación ni p5rdida de electrones en el electrolito6 por lo que debe observarse en el mismo un balance de trans+erencia de carga el5ctrica. /ebe anotarse que a di+erencia de los conductores met4licos o del gra2to6 en el conductor electrolítico no existen electrones libres como portadores de carga6 sino iones6 y que es 9asta que se presenta el proceso químico 9eterog5neo de trans+erencia carga entre los electrodos y los iones a un potencial igual o mayor a E d 6 cuando se tiene electrólisis6 debiendo ser simult4neos y complementarios los procesos de reducción o de $toma de electrones de los cationes en el c4todo6 con respecto a los de cesión de electrones de los aniones 9acia el 4nodo6 posibilit4ndose así la conducción el5ctrica por el electrolito6 con la producción continua de especies químicas nuevas resultado de los procesos redox asociados. Las reacciones redox en electrolitos acuosos se acompa7an +recuentemente de la electrólisis del agua6 es decir6 en el c4todo se libera - y en el 4nodo la cantidad equivalente de '6 pero si existen en solución iones que compitan en5rgicamente con los iones - B y '-8 del agua6 o con uno de ellos solamente6 entonces solo se consumir4 parcialmente el agua6 o bien6 se generar4 ya se acide: en el 4nodo o alcalinidad en el 4nodo continuamente en el segundo caso6 segAn avance la electrólisis. símismo6 la electrólisis puede 9acerse con corriente alterna6 solo que su +recuencia y la naturale:a de los electrodos y del electrolito6 dan &'(I)I'* 'scuela (u+erior de In$eniería )uímica e Industrias ',tractivas P"$ina =
Laboratorio de Electroquímica y Corrosión. lugar a la reversibilidad o no del proceso electrolítico6 es decir6 al alternar el car4cter del c4todo y 4nodo puede alcan:arse la reversibilidad de las reacciones redox en cada electrodo o e+ectuarse una descomposición continua con productos interme:clados de los procesos redox respectivos. En cambio6 en la electrólisis con corriente directa se tienen productos de2nidos y separados en 4nodo y c4todo6 los que pueden separar y cuanti2car convenientemente. !or Altimo6 la electrólisis de sales +undidas requiere de electrodos resistentes a las altas temperaturas y de que no reacciones con los productos de la electrólisis produci5ndose adem4s un $siseo característico de 5ste +enómeno en la cercanía de los electrodos.
3ateriales Cone,iones el>ctricas? alambres con +unta de caim"n 1 ;oco de base de = @atts 1 multímetro anal6$ico o di$ital 2 cristalizadores 2 vasos de +reci+itado de 25 ml 2 clavos de ierro de 2 +ul$adas &electrodos* 1 ca+sula de +orcelana 1 mecero bunsen 1 tri+ie con malla de asbesto 1 ;uente de corriente alterna 1 ;uente de corriente directa
Sustancias y Soluciones • • • • • •
Vina$re Bcido sul;%rico A$ua destilada A$ua de la llave idr6,ido de sodio Alcool etílico
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Laboratorio de Electroquímica y Corrosión. • • • •
Bcido ac>tico Coca cola Pa+a Ditrato de +otasio
/esarrollo Experimental Para la e,+erimentaci6n en el laboratorio se nos +ro+orcionaron di;erentes sustanciasE idr6,ido de sodio? vina$re? "cido ac>tico? a$ua de la llave? a$ua
Calibrar el multímetro +ara la e,+erimentaci6n? ! armar el circuito de corriente alterna con los caimanes aderidos al ;oco7
/omar los electrodos con los caimanes sumer$i>ndolos en cada una de las di;erentes sustancias +ara clasi:carlas
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Laboratorio de Electroquímica y Corrosión. Para el e,+erimento del nitrato de +otasio suministrarle calor ! de3ar asta ebullir? +osteriormente sumer$ir los electrodos en la soluci6n ! determinar la intensidad de corriente el>ctrica
Para la e,+erimentaci6n en el recti:cador suministrarle una corriente de 5 Volts a la reacci6n asta observar un burbu3eo ! +osteriormente añadir dos $otas de ;enol;taleína ! observar el cambio de
&esultados (oluci6n uerte Vina$re Bcido sul;%rico A$ua destilada A$ua de la llave idr6,ido de sodio Alcool etílico Bcido ac>tico Coca cola +a+a
'lectrolito 8>bil
Do
Observaciones (in encendido (in encendido (in encendido del ;oco 'ncendido del :lamento 'ncendido del ;oco 'ncendido del ;oco 'ncendido del ;oco 'ncendido del ;oco 'ncendido $radual del ;oco
%L #. C'3!'&%3IE"%' /E /I,E&E"%ES S'LDCI'"ES (oluci6n uerte (oluci6n de (ul;ato de (odio al 1F CORRI'D/' A/'RDA (oluci6n de (ul;ato de (odio al 1F CORRI'D/' 8IR'C/A
'lectrolito 8>bil
Do
Observaciones
'ncendido del ;oco
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Laboratorio de Electroquímica y Corrosión. %L @. C'3!'&%3IE"%' /EL SDL,%' /E S'/I'
Explique qu5 ocurre cuando la solución de sul+ato de sodio se conecta a la corriente alterna (C @. Explique el +enómeno que ocurre cuando se conecta la misma solución en corriente directa (C/(+undamente su respuesta.Escriba las reacciones que se llevan a cabo en el 4nodo y en el c4todo para este +enómeno. #.
l aplicarle corriente directa a la solución que en un principio se mantenía sin ningAn cambio provocamos una reacción de óxido reducción por el incremento de energía en nuestros reactivos por lo que el cambio de color por la +enol+taleína presente se debe a que en estas reacciones inducidas se produ1eron bases o nuevas especies que provienen de reacciones secundarias. dem4s de que este +enómeno se produce debido a que nuestro 4nodo y c4todo invierten su +unción unas < veces por minuto. &eacciones @'-88@e888888888888888888888888#F@'@()B-@ -@'GGGGGGGEGGGGGGGGG -@(g B '-8 ,ormación de oxigeno e 9idrogeno en +orma de gas en el 4nodo y c4todo. !roductos +ormados de las reaccione secundarias* '-8
'@ (g
-@' -@S'H
-@ (g 88888888888888888888888888
a una nueva concentración.
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Laboratorio de Electroquímica y Corrosión.
%L ?. C'3!'&%3IE"%' /EL "I%&%' /E !'%SI' (oluci6n uerte Ditrato de Potasio (olido Ditrato de Potasio i
'lectrolito 8>bil
Do
Observaciones
Explique el +enómeno +undamentando su respuesta 'n el e,+erimento de nitrato de +otasio solido no la raz6n +or la s del mismo? +ero en estado lí
'bservaciones lave: 'lmos =icente (e +udo observar culas de a$ua
Laboratorio de Electroquímica y Corrosión. !a n se +udo ver como el $as avanzaba r"+ido en el c"todo mientras n se observ6 n se +udo observar biles? biles en las disoluciones i6nicas son mu! malos !a culas de ClK ! DaL unidos +or enlace i6nico? +or lo
Correa Cru: Israel Al$unas cosas
Laboratorio de Electroquímica y Corrosión. +arte en el tercer e,+erimento realizado observamos cambios de coloraci6n en la soluci6n lo s observamos una se$unda coloraci6n con el +aso del tiem+o lo
)arcía =alde: ,ernando ',+erimentamos con 9 sustancias con distintas +ro+iedades utilizando ierro como material +ara los electrodos7 Contamos con una ;uente la cual consistía en un circuito de corriente alterna +ara determinar la intensidad de corriente ctrica7 a e,+erimentaci6n con cada una de las sustancias la realizamos sobre un aislante +ara tener ma!or se$uridad +uesto ctrica? al reJe3arse una mu! buena intensidad en la bombilla7 'l vina$re +rovoc6 +oca intensidad en la bombilla? +or lo ctrica? auns de la bombilla? esto ocurre debido a ctrica7 'l e,+erimento con la +a+a demostr6
Laboratorio de Electroquímica y Corrosión. &eyes )on:4le: onat9an Actrica son consideradas como resistencias? adem"s de la raz6n +or la ctrica es debido a su ;alta de sales? rrico a ma!or velocidad7 N al :nal en el e,+erimento de la corriente directa se demostr6
=illegas &amos dri4n esAs 8urante la +r"ctica se observ6 el ;en6meno de la electr6lisis? en la cual se usaron varias sustancias como medio +ara la trans;erencia de electrones7 (e +udo observar n ubo medios malos como el a$ua de llave ! el vina$re? !a n se us6 una +a+a ! se encontr6 ste tub>rculo conduce $radualmente la electricidad? es decir? al inicio el ;oco no encendía ! al +asar el tiem+o
Conclusión lave: 'lmos =icente 'l ;en6meno de la electrolisis es una ;uente de electricidad? la cual a trav>s de una reacci6n ctrica
Laboratorio de Electroquímica y Corrosión. tanto tambi>n se +udo com+robar ctrica? culas? en este caso la electrolisis tienen distintas a+licaciones ! se +uede a+rovecar así como un baño electrolítico? con lo
Correa Cru: Israel /erminada esta +r"ctica concluimos ctrica +asa a mani;estarse como ener$ía calorí:ca +rovocando n +odemos concluir
Laboratorio de Electroquímica y Corrosión. m"s ;avorable +ara conducir electricidad !a culas se encuentran m"s se+aradas unas de otras lo culas obstru!e el +aso de electrones? +or lo tanto al$unas sustancia o com+uestos +uede ser conductores o no conductores de+endiendo de su estado de a$re$aci6n7 o m"s im+ortante a resaltar es ctrica +asa a ser ener$ía
)arcía =alde: ,ernando 'n la demostraci6n con nitrato de +otasio en ;orma cristalina determinamos ctrica esto se debe a culas se elon$en? se realiz6 de esta manera asta todo de ;usi6n lo ctrica7 'n el e,+erimento del recti:cador la es+ecie n rrico +roducido +or la corrosi6n7 'sto se e,+lica !a
&eyes )on:4le: onat9an 'n esta +r"ctica demostramos
Laboratorio de Electroquímica y Corrosión. conductoras o n +odemos concluir n se +udo demostrar
=illegas &amos dri4n esAs Con lo visto en el laboratorio ! lo investi$ado lle$amos a ctrica de las sustancias de+ende &en $eneral* de su estructura molecular? !a
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