ELECTRODO DE REFERENCIA

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Escuela de Ingeniería de Materiales Laboratorio de Corrosión y Protección de Metales ELECTRODO DE REFERENCIA Y SERIES GALVÁNICAS I. OBJETIVOS Fabricación de un electrodo de referencia Cu/CuSO4 saturado, para ser usado en las mediciones de potenciales. Medir el potencial electroquímico del cinc,hierro, cobre,aluminio, acero inoxidable,grafito,bronce y plomo. Predecir metales noble y activos en un electrolito de cloruro de sodio al 3%. Convertir los potenciales obtenidos a potencial del electrodo de hidrogeno. II. FUNDAMENTO TEORICO Electrodo de refrencia Cuando un electrodo se coloca en contacto con un electrolito, se crea entre ambos una diferencia de potencial. Esta diferencia no puede ser medida de manera absoluta, por lo tanto se mide en comparación con un electrodo especial, un electrodo patrón, que es el electrodo de referencia. [1] Electrodo de referencia Cu/CuSO 4 Los electrodos de referencia Cu/CuSO4 saturado se utilizan para las medidas de potencial de las estructuras enterradas (tuberías, tanques, etc.) Esos electrodos son muy seguros en cuanto a la estabilidad de las medidas obtenidas, y de muy fácil mantenimiento. Electrodo de referencia de hidrógeno 1

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CORROSIÓN DE METALES, POTENCIAL ELECTROQUÍMICO.

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ELECTRODO DE REFERENCIA Y SERIES GALVÁNICAS

I. OBJETIVOS

Fabricación de un electrodo de referencia Cu/CuSO4 saturado, para ser usado en las mediciones de potenciales.

Medir el potencial electroquímico del cinc,hierro, cobre,aluminio, acero inoxidable,grafito,bronce y plomo.

Predecir metales noble y activos en un electrolito de cloruro de sodio al 3%.

Convertir los potenciales obtenidos a potencial del electrodo de hidrogeno.

II. FUNDAMENTO TEORICO

Electrodo de refrenciaCuando un electrodo se  coloca en contacto con un electrolito, se crea entre ambos una diferencia de potencial. Esta diferencia no puede ser medida de manera absoluta, por lo tanto se mide en comparación con un electrodo especial, un electrodo patrón, que es el electrodo de referencia. [1]

Electrodo de referencia Cu/CuSO4

Los electrodos de referencia Cu/CuSO4 saturado se utilizan para las medidas de potencial de las estructuras enterradas (tuberías, tanques, etc.) Esos electrodos son muy seguros en cuanto a la estabilidad de las medidas obtenidas, y de muy fácil mantenimiento.

Electrodo de referencia de hidrógenoConsta de una pieza de platino sumergida en una disolución de concentración unidad de iones hidronio; además, se burbujea hidrógeno gas a través de la superficie de platino en una corriente ininterrumpida, de modo que la presión de hidrógeno se mantiene constante a 1 atmósfera. Es decir, se trata de un electrodo de gas: (Pt) H2 (1 atm) / H+ ( 1 M )

Según que actúe como polo negativo o positivo en una pila, la reacción que tiene lugar en el electrodo de hidrógeno es:

Ánodo: H2 → 2 H+ + 2 e- ; Eºoxi= 0,00 voltios

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Cátodo: 2 H+ + 2 e- → H2; Eºred = 0,00 voltios

Este electrodo tiene como inconveniente su difícil manejo. Por esta razón, se usan otros electrodos, más cómodos y que tienen un potencial fijo frente al hidrógeno. El más usado es el electrodo de calomelanos, constituido por mercurio líquido y una disolución saturada de Hg2Cl2 y KCl 1 M, cuyo potencial a 25 ºC es 0,28 voltios frente al electrodo de hidrógeno. [2]

Figura N°1. Electrodo de dereferencia de hidrógeno

Celdas electroquímicas1. Celdas galvánicas: Las Celdas galvánicas, son un dispositivo

en el que la transferencia de electrones, (de la semireacción de oxidación a la semireacción de reducción), se produce a través de un circuito externo en vez de ocurrir directamente entre los reactivos; de esta manera el flujo de electrones (corriente eléctrica) puede ser utilizado. [3]

Figura N°2. Celda galvánica

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2. Celda electrolítica: La reacción no se da de forma espontánea, No se obtiene energía eléctrica. La aplicación de una fuente de energía externa produce una reacción química.

Figura N°3. Celda electrolítica

Circulación de la corriente:

La electricidad se transporta en una celda a través de 3 mecanismos:a. Conducción por los electrones en el electrodo.b. Conducción iónica. Los cationes (cargas positivas) y aniones (cargas negativas) transportan electricidad por el interior de la celda.c. Acoplamiento de la conducción iónica en la disolución con la conducción de los electrones en los electrodos. Son las reacciones de oxidación-reducción que se producen. [4]

Potencial de la celdaLa corriente de electrones fluye del ánodo al cátodo porque hay una diferencia de energía potencial entre los dos electrodos. El potencial de la celda o fuerza electromotriz (fem) que aparece reflejado en el voltímetro se obtiene de:

Epila = Ecátodo- Eánodo

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III. MATERIALES, INSTRUMENTOS Y EQUIPOS3.1- Materiales

o Cloruro de sodio (sal)o Aguao Sulfato de cobre en polvo y partículao Tubo de vidrio o Tapón de jebe o Tapón de triplay de acuerdo al tamaño del diámetro del tuboo Alambre de cobre 20cmo Moldimix o Lijas N° 100o Placa de metales ( acero inoxidable, cobre, bronce, fierro,

plomo, aluminio, zinc)3.2-Equipos

o Balanza digital (±0.01 gr)o Multitester (0.001 voltios)

3.3-Instrumentos

o Vaso de precipitación o Varilla para agitar

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

4.1.Fabricación de un electrodo de referencia Cu/CuSO4 saturado.

IV.1.1. En un tubo de vidrio con agujeros, en una de sus salidas se coloca un tapon insertado con un alambre de cobre de 20 cm de longitud, y en el otro orificio se coloca un tapon de tripley de 4mm, luego se coloca soldimix para pegarlo y se deja secar por un día.

IV.1.2. Transcurrido el tiempo establecido, entonces, se procede a verter la solución de CuSO4.5H2O en el tubo y se le adiciona unos pocos cristales de sulfato de cobre.

IV.1.3. Lijar el alambre de cobre.

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IV.1.4. Se ajusta el tapon de jebe, dejando el paso de lo mas mínimo de aire en el tubo.

IV.1.5. Finalmete se deja el electrodo en agua destilada por un dia para verificar si el agua destilada no toma un color medio celeste lo cual indicaria que el electrodo ha sido bien construido.

IV.2. Medición de potenciales electroquímicos.

IV.2.1. En un vaso de precipitación se preparó una solución con 200ml de agua destilada al 3% de NaCl.

IV.2.2. Se colocó el electrodo en la solución y una pieza de cinc para medir su potencial que deberia estar entre 1070mv y 1100mv con el voltímetro, donde el cable negro se coloco al electrodo y el cable rojo al metal.

IV.2.3. Finalmete se procedio a medir el potencial de los metales como el hierro, cobre,aluminio, acero inoxidable,grafito,bronce y plomo por un tiempo de 1 minuto respectivamente.

IV.3. Predicción de metales nobles y activos en NaCl al 3%.Previamente desarrollado el procedimiento anterior con los datos obtenidos de los potenciales de los metales se clasifica en metales nobles a aquellos que tienen mayor resistencia a la corrosion y a los metales activos que tienen menor resistencia a la corrosión.

V. RESULTADOS

TABLA 1: Potenciales de algunos metales medidos en el laboratorio de corrosión con el electrodo de Cu/CuSO4 saturado.

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TABLA 2: Calculo del porcentaje de error de los valores de potencial reales e ideales

VI. DISCUSION DE RESULTADOS

- Se observa que en la mayoria de metales los potenciales que fueron convertios del electrodo de referencia de cobre/ sulfato de cobre saturado al electrodo de referencia de hodrógeno mediante la ecuación (1) en anexos, estos no coiciden con los

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Metal Potencial medido en el electrodo Cu/CuSO4.(mv)

Potencial convertido a el electrodo de hidrogeno. (v)

Zinc 1071 -0.755

Fierro -597 -0,281

Cobre -260 0.056

Plomo -650 -0.334

aluminio -821 -0.505

Acero inoxidable

-309 0.007

Bronce -295 0.021

Grafito -136 0.180

Metal Potencial real Potencial ideal

% Error

Zinc -0.755 -0.763 1.04

Fierro -0,281 -0,440 36.1

Cobre 0.056 0.337 53.4

Plomo -0.334 -0.126 16.5

aluminio -0.505 -1.662 59.6

Acero inoxidable

0.007 - -

Bronce 0.021 - -

Grafito 0.180 - -

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potenciales dados en las tablas, esto se puede deber al que el electro de referencia de cobre/ sulfato de cobre no estubo bien sellado y la solucion paso al electrolito.

- En el anexo N°2 se encuentra una tabla de potenciales, y comparando el potencial del cinc obtenido con el electrodo de referencia de cobre/ sulfato de cobre saturado, se observa que se obtuvo el mismo valor.

- El porcentaje de error de las mediciones hechas con el electrodo de cobre sulfato de cobre oscilan desde el 1–50%, es por ello que los datos obtenidos en el laboratorio de los potenciales electroquimicos no coincidian con los valores obtenidos en la tabla del anexo 3, es por ello que no se podia identificar con facilidad que metal se estaba manipulando.

- Según los valores obtenidos de la medicion de los potenciales electroquimicos encontramos que el metal mas noble es el grafito y el mas activo es el zinc, ya que en un medio salino este se corroe con mayor facilidad.

VII. CONCLUSIONES• Logramos la fabricación de un electrodo de referencia Cu/CuSO4

saturado, para ser usado en las mediciones de potenciales.• Conseguimos medir el potencial electroquimico del zinc, hierro,

cobre, aluminio, acero inoxidable, grafito, bronce y plomo.• Logramos predecir metales noble y activos en un electrolito de

cloruro de sodio al 3%.• Convertir los potenciales obtenidos a potencial del electrodo de

hidrogeno.

VIII. RECOMENDACIONES Para asegurarse de que la solucion de CuSO4 realmente este

saturada, se agrega unos pocos cristales de esta sal. Para asegurarse que el electrodo no presenta fallas de

derramamiento de la solucion saturada por la base inferior, es necesario dejar un día en agua.

Antes de verter la solución de sulfato de cobre en el tubo, se debe lijar el alambre de cobre.

Para medir los potenciales, es preferible utilizar los cables con cocodrilos.

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IX. BIBLIOGRAFIA

[1] “Electrodo de referencia” Disponible en: http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/079/htm/sec_5.htm [Consulta: 07/09/2015].[2] “Electrodo estándar de hidrógeno” Disponible en: http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4861/html/21_el_electrodo_estndar_de_hidrgeno.html [Consulta: 07/09/2015].

[3] “Celdas galvánicas” Disponible en: http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/42-celdas-galvanicas-o-celdas-voltaicas.html [Consulta: 08/09/2015].

[4] “Celdas electroquímicas” Disponible en: http://quimica.laguia2000.com/general/celdas-electroquimicas [Consulta: 08/09/2015].

X. ANEXOS

Anexo N°1.Para convertir el potencial medido por el eletrodo de Cu/CuSO4 como se muestra en la tabla 1 a potencial de hidrogeno se utilizó la siguiente ecuación.

E° hidr ó geno=E(Cu /CuSO4 )+316 ….EC. (1)

Anexo N°2. Fotos realizando la práctica de laboratorio.

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Figura N°4. Midiendo el potencial de cinc Figura N°5. Midiendo el potencial de Cu

Figura N°6. Probando el electrodo Cu/CuSO4 Figura N°7. Preparando el electrolito

Anexo N°3. Tabla de potenciales electroquímicos a 25°C, medido por electrodo de referencia de hidrógeno.

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Anexo N°4. Se calculó del porcentaje de error mediante la siguiente formula.

ZINC

%E=−0.755−(−0.763)

−0.763∗100=1.04%

FIERRO

%E=−0.281−(−0.440)

−0.440∗100=36.1%

COBRE

%E=0.056−(0.337)

0.337∗100=53.4%

PLOMO

%E=−0.334−(−0.126)

−0.126∗100=16.5%

ALUMINIO

%E=−0.505−(−1.66)

−1.66∗100=59.6%

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