INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA MECÁNICA Y ELÉCTRICA INGENIERÌA ELÉCTRICA LABORATORIO DE QUÍMICA
PRACTICA 4. Electroquímica EQUIPO 5: MARTÍNEZ LÓPEZ RUBÉN REYES REYES JOSÉ FRANCISCO OLMOS BALDERAS IVÁN LÓPEZ RODRÍGUEZ AXEL IVÁN 1EM4 !NOV!"#1#
Practica no.4 Electroquímica Objetivo: El
alumno aplicara los conocimientos de la electroquímica, para obtener un electro depósito, con los materiales proporcionados en el laboratorio de química. Consideraciones teóricas.
La electroquímica es la parte de la fisicoquímica que estudia las reacciones químicas producidas por acción de la corriente eléctrica (electrólisis) así como la producción de una corriente eléctrica mediante reacciones químicas (pilas, acumuladores), en pocas palabras, es el estudio de las reacciones químicas que producen efectos eléctricos y de los fenómenos químicos causados por la acción de las corrientes o voltaes. Las !eacciones "uímicas que intervienen en estos procesos son de tipo !edo#. Celdas galvánicas, voltaicas o pilas
$ %uncionan espont&neamente. $ 'tilia una reacción química para realiar trabao eléctrico. $ %uncionamiento e. Pila *n+(s) *n-(a /) 0u-(b /) 0u+ (s) 1 2nodo (3) #idación *n+(s) 5 *n-(ac) - e3 1 0&todo (-) !educción 0u- (ac) - e3 5 0u+(s) 1 Puente salino o tapón poroso fluo de iones. 1 Los electrones se mueven a través del circuito e#terno desde el lu6ar de la o#idación (&nodo) 7acia el sitio de la reducción (c&todo). Celda electrolítica:
8e aplica un potencial eléctrico e#terno y se fuera a que ocurra una reacción !edo# no espont&nea. $ La reducción ocurre en el c&todo y la o#idación en el &nodo (i6ual que en las pilas). $ En las celdas electrolíticas el c&todo es ne6ativo y el &nodo es positivo (al revés que en las pilas). Leyes de Faraday:
9. La masa de un elemento transformada en una electrólisis es independiente de la composición química del electrolito, siempre que el estado de o#idación del elemento sea el mismo . Las masas de distintos elementos transformadas en un mismo circuito electrolítico son directamente proporcionales a sus pesos equivalentes químicos. :. La masa de un elemento depositado o disuelto en un electrodo es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que circuló en la celda.
m;E#" Equivalente Electroquímico
Aplicaciones industriales
La descomposición electrolítica es la base de un 6ran no, el cobre, el oro y la plata. La ventaa de e#traer o refinar metales por procesos electrolíticos es que el metal depositado es de 6ran purea. La 6alvanotecnia, otra aplicación industrial electrolítica, se usa para depositar películas de metales preciosos en metales base. ?ambién se utilia para depositar metales y aleaciones en pieas met&licas que precisen un recubrimiento resistente y duradero. La electroquímica 7a avanado recientemente desarrollando nuevas técnicas para colocar capas de material sobre los electrodos, aumentando así su eficacia y resistencia. ?ras el descubrimiento de ciertos polímeros que conducen la electricidad, es posible fabricar electrodos de polímeros. Material:
eactivos:
9 celda de acrílico transparente 9 &nodo de @íquel : c&todos de cobre /aterial poroso 9 amperímetro de A a : amperes. 9 fuente de poder de A a A volts pares de cone#iones con caimanes 9 mec7ero Bunsen, anillo y tela con asbesto 9 franela 9 pinas lar6as 9 pinas para vaso de precipitados 9 a6itador de vidrio 9 termómetro 9 vaso de precipitados de CA cc. 9 vaso de precipitados de CAA cc.
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♦ ♦
8olución de @i84DF" 8olución de F84 (99) =6ua destilada
:
!rocedi"iento: !#M$A !A%$:
9. Gnstalar la cuba sin solución, colocando el &nodo dentro de la misma. Como se puede ver en la parte izquierda se coloca el ánodo de Níquel (el cual servirá para realizar el “niquelado”) y del lado derecho el cátodo de Cobre (que será el objeto a niquelar). ambi!n se puede observar que la distancia entre ambos es notable ya que en un e"perimento posterior se realiza a una distancia menor.
#n esta ima$en se observa la cuba ya montada con el ánodo y cátodo colocados y conectados a la %uente de alimentaci&n de cc. #n esta cone"i&n de circuito a'n no se alimenta la cuba por lo tanto no indica corriente ni voltaje
. Preparar las muestras de 0obre el decapado se realia introduciéndolas en la solución de F8 4 (99). !ealiar esta operación con precaución y utiliando las pinas lar6as para manipular las muestras.
e realiza esta operaci&n con el prop&sito de que la sustancia a niquelar est! libre de suciedad $rasa o “basura” que pueda a%ectar el resultado a la hora de realizar el e"perimento.
4
:. Lavar las muestras con a6ua destilada y secarlas con una franela. #n la %i$ura se muestra la placa de cobre despu!s de ser lavada con a$ua destilada. e realiza con esta a$ua ya que el utilizar a$ua com'n puede ionizar a la placa.
4. Preparar la solución de sulfato de @íquel (@i8 4 F") calent&ndola en un vaso de precipitados a una temperatura de A +0. al alcanar la temperatura, retirarla con las pinas y vaciarla en la cuba de acrílico. *odemos observar que se comienza a calentar la soluci&n para la cuba con el mechero de +unsen y tambi!n que se debía de tomar la temperatura de la soluci&n constantemente pues como lo indica la práctica es a una temperatura de ,- C en esta ocasi&n la soluci&n se calent& a una temperatura de ,/ C
C. Gntroducir la primera muestra de cobre (0&todo), e inmediatamente colocar las cone#iones de caimanes en el lu6ar correspondiente. 0ntes de realizar lo indicado anteriormente se tom& el peso de la muestra de Cobre antes de terminar de armar la cuba junto con la soluci&n1 esto con el %in de saber la cantidad de níquel que se deposita en el cátodo.
C
2espu!s de haber tomado el peso de la placa de Cobre se coloca en la posici&n correspondiente en la cuba sin conectar a la %uente de alimentaci&n.
. Facer pasar la corriente eléctrica durante :A se6undos, con un voltae de volts, desconectar después de transcurrido el tiempo indicado.
e puede observar en el e"perimento la acci&n de la reacci&n1 pues al hacer pasar la corriente se observaba un burbujeo en la re$i&n del cátodo esto como muestras de que se estaba e%ectuando la niquelacion. 2espu!s de haber desconectado a %uente de alimentaci&n se procedía a tomar el nuevo peso de la laminilla de Cobre en la balanza3
e puede observar en la %i$ura el color que adquiere la lámina de Cobre producto del proceso de niquelado (el color es platinado color característico del níquel). ambi!n se observa una adhesi&n uni%orme de níquel a la placa. Como lo mencione anteriormente se tomaron los pesos de la lámina antes y despu!s de que realizara el proceso de niquelacion con el %in de poder saber la cantidad de níquel que se deposit& en la placa y tambi!n de conocer el porcentaje de rendimiento de la reacci&n3
%&'( s #&(.() A
49.AHI J
I
I. !epetir dos veces mas la misma e#periencia del punto , al termino de cada e#periencia apa6ar la fuente de poder. *$+-A !A%$.
9. Preparar la muestra de cobre como en la primera parte (puntos y :). . =cercar la muestra apro#imadamente a 9 pul6ada de separación con el &nodo, 7acer pasar la corriente eléctrica durante :A se6undos y un voltae de volts (observar y tomar nota), después e#traer la muestra de la solución. bservar y tomar nota. =L ?E!/G@=! =P=K=! L= %'E@?E.
#n la realizaci&n de este e"perimento se observ& a di%erencia del anterior que el niquelado %ue menor esto debido a la corta distancia que e"istía entre los electrodos1 por lo que se puede concluir que menor distancia el proceso se verá empobrecido en comparaci&n con uno que se encuentre a mayor distancia
%$C$A !A%$.
9. Gnstalar la cuba como la primera parte (&nodo y c&todo en su lu6ar), prepare una muestra repitiendo los pasos y :. . instalar al centro de la cuba y dentro de la solución caliente el material poroso. posteriormente 7acer pasar una corriente eléctrica de volts durante :A se6undos, observar y tomar nota, al terminar apa6ar la fuente de corriente.
M
#n esta 'ltima parte de la práctica se aprecia que el niquelado en el cátodo %ue mucho más pobre que en los e"perimentos anteriores muestra de ello es que se puede observar aun el color del Cobre por debajo del niquelado cosa que no sucede con el e"perimento de la parte no.4 #sto quiere decir que la obstrucci&n de con un material a%ecta enormemente al proceso deseado ya que los electrones viajan atraves de la sustancia y al verse detenidos por una barrera hace que disminuya la concentraci&n para el niquelado.
:. Near todo el material y vaciar la solución de la cuba (8ulfato de @íquel) al vaso de precipitados de CAA cc. -ota: si el tie"po del depósito es e/cesivo, se observara 0ue se 1or"an leng2etas en el cátodo, debido a una densidad de corriente "uy alta.
C$*%#O-A#O:
9. O"ué se requiere para que e#ista depósito en el c&todo #n primer lu$ar que los electrodos est!n limpios de impurezas (polvo humedad $rasa) que el ánodo de sacri%icio pueda ceder sus electrones y a su vez el cátodo los pueda aceptar que se realice (el proceso) dentro de una soluci&n con las condiciones adecuadas para que se e%ectue dicha reacci&n que se ha$a pasar corriente por los electrodos pero que no sea e"cesiva ya que puede a%ectar el resultado %inal tambi!n inter%iere la distancia a la que se encuentran los electrodos pues entre más lejanos est!n la reacci&n será más lenta por lo que tendrá como resultado un mejor recubrimiento1 por otro lado si los electrodos se encuentran una a distancia muy pr&"ima uno con respecto del otro el recubrimiento será de menor calidad además tambi!n in%luye si entre los electrodos e"iste al$'n material (para nuestro caso %ue el caucho) que “ %rene” o limite el paso de los electrones de un electrodo a otro de i$ual manera empobreciendo la calidad del recubrimiento sobre el cátodo.
. Escriba las reacciones que se llevan a cabo en los electrodos 0&todo (se reduce)
(recubre al obeto)
2nodo (se o#ida) En la celda
:. O"ué función tiene la fuente de poder en la pr&ctica #s la que hace permite el %lujo de electrones atraves de la cuba y que se produzca el niquelad además tambi!n intervine el tiempo en que se deja pasar corriente por la cuba y la intensidad de la misma para que se obten$a un niquelado mejor .
H
4. El paso de un faradio O"ué ocasiona 5n 6aradio es la cantidad de ener$ía necesaria para que %luya un mol de iones atraves de una sustancia por lo tanto al paso de un 6arad lo que se obtiene es la ener$ía que permite que se depositen los electrones del ánodo en el cátodo #s la cantidad de corriente que se $enera al transportar 4 mol de electrones de un elemento.
C. O"ué defecto se lo6ra al introducir un material poroso en el centro de la solución (separando el &nodo y el c&todo) 7ue la calidad del proceso de niquelado es pobre por la casi nula cantidad de níquel que lle$a al cátodo
. O0u&l es la diferencia entre la celda electrolítica y la celda 6alv&nica Celda $alvánica Celda electrolítica *roducen ener$ía química a partir 8enera corriente el!ctrica • de ener$ía el!ctrica. mediante una reacci&n química #l cátodo es ne$ativo mientras el • *or lo re$ular consta de dos vasos ánodo es positivo conectados por un puente salino. %lujo de electrones va del ánodo hacia Cada vaso tiene un electrolito • el cátodo Cada uno de los vasos además • tiene una barra conductora o electrodo 5no de ellos debe de ser un metal • el cual el cual sus átomos se desprendan al ponerse en contacto con el electrolito. • #l otro debe de permitir que los electrones que %ueron desprendidos por el otro se puedan adherir a !l. • 9os electrodos están conectados por medio de un conductor de manera que los electrones %luyan de un lado a otro.
I. OPor qué se requiere 7acer un decapado previo en las muestras *ara limpiarlo de impurezas que se encuentren en el cátodo (polvo $rasa etc.) i no se vea a%ectado el producto %inal.
M. O0u&l es el efecto en la concentración de la solución en la parte e#perimental
9A
7ue a mayor concentraci&n el cátodo presenta un mejor recubrimiento en comparaci&n con una soluci&n pobremente concentrada1 además entre más concentrado este más cantidad de iones posee la soluci&n para que al $anar electrones puedan depositarse en el cátodo.
CO-CL*#O-$*:
*udimos observar en que consiste el proceso de electroquímica pudiendo re%orzar los conocimientos te&ricos que ya habíamos tenido con anterioridad. Conocimos al$unas características particulares de la electroquímica en la %orma de llevar un proceso de recubrimiento ya que son muchos los %actores que a%ectan a la reacci&n1 por ejemplo el tipo de electrodos y su pureza el que los electrodos estuvieran limpios o libres de suciedad la distancia entre electrodos si e"istía al$una barrera que impidiera el %lujo libre de electrones a trav!s de la soluci&n la concentraci&n electrolítica de la soluci&n etc. Con esta práctica pudimos observar un proceso químico que se llama niquelado el cual consiste en recubrir un objeto (o en este caso un metal) con Níquel1 es decir se “ba:a” el objeto con este material dándole una apariencia plateada (color característico del Níquel). ambi!n en las di%erentes e"periencias de los e"perimentos nos pudimos ver dar cuenta de los %actores que in%luyen en el recubrimiento pero esta vez de manera e"perimental al momento de ponerle la pared de caucho pudimos observar que el recubrimiento era pobre en comparaci&n a cuando los electrodos están separados y no tiene nin$una barrera entre ellos al i$ual que cuando se encuentran cercanos los electrodos se presenta un recubrimiento muy pobre debido a que la reacci&n es mucho más rápida lo que ocasiona que el proceso de niquelado %uera pobre.
Biblio6rafía "uímica, 07an6 !aymond, Ima edición, editorial /c KraQ3Fill, ppIH, IIA "uímica b&sicaR principios y estructura, Brady E. Sames, da. Edición, editorial limusa pp. CHA, AA, "uímica, fundamentos y aplicaciones, editorial limusa, pp. 9CM, 9A,9:
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