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LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I - UNIVERSIDAD DE NARIÑO DETERMINACION DE ∆H ∆G ∆S PARA UNA CELDA ELECTROQUIMICA Anyeli Fernanda Muñoz (2111401279), José Luis Morales (2111401304). [email protected], [email protected]. 1 de Junio de 2015. Departamento de Química – Universidad de Nariño. Palabras clave: Celda, cobre, zinc. Resumen. Se realizó la construcción de una celda electroquímica de Daniel Zn(s) | ZnSO4 (1M) || CuSO4 (1M) | Cu(s) para determinar ∆H ∆G ∆S de la reacción dentro de esta misma obteniéndose valores cercanos a los teóricos como son 212.84 KJ/mol, -212,27 KJ/mol, - 1.9 J/mol con errores de 2,8%,0,3% y 90,9% respectivamente en general se obtuvo buenos resultados sin embargo este no es el caso para la entropía ya que el error es alto. 1. Introducción. Una celda galvánica o pila es un dispositivo que permite la generación de una corriente eléctrica a partir de una reacción redox espontánea Estas celdas constan de dos compartimientos (semiceldas) en los que se colocan soluciones acuosas de un electrolito y allí se sumergen sendos electrodos. En la figura 1 se muestra a modo de ejemplo un esquema de la pila de Daniell, en la que el electrodo donde se produce la oxidación (ánodo) es un electrodo de cinc sumergido en una solución de ZnSO4 y el electrodo en el que ocurre la reducción (cátodo) es un electrodo de cobre sumergido en una solución de CuSO4. Se indica la convención de signos para el ánodo y cátodo respectivamente. 1 Las semirreacciones de cada semicelda son las siguientes: Reacción 1.celda de Daniell Zn (s) → Zn 2+ (ac) + 2 e – (oxidación) Cu 2+ (ac) + 2 e – → Cu (s) (reducción) La reacción global es: Zn (s) + Cu 2+ (ac) → Zn 2+ (ac) + Cu (s) La notación habitual de una celda galvánica es la que se muestra a continuación para la celda de Daniell: Zn (s) | ZnSO 4 || CuSO 4 | Cu (s) En esta notación se ubica al electrodo que funciona como ánodo a la izquierda y al cátodo a la derecha. Las barras verticales representan las interfaces de separación sólido/líquido y la doble barra vertical simboliza al puente salino, que permite la conducción electrolítica. 2 2. Metodología. Se construyó una celda electroquímica en la cual el puente salino estaba formado de agar y una sal Na 2 SO 4 y en los beakers se colocaron 60 mL de disoluciones de ZnSO 4 (ac) y CuSO 4 (ac) 1M cada una. Figura 1. Celda galvánica de cobre-zinc con soluciones de ZnSO 4 y CuSO 4 . 3 Inicialmente se tomó el potencial de la celda galvánica mediante el voltímetro para las solución de CuSO 4 (ac) y luego se registró a distintas temperaturas en el intervalo de 50°C hasta 22 °C.(Tabla 1) RESULTADOS Y DISCUSION: Esta es una reacción de óxido reducción en la cual hay transferencia electrónica
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Se realizó la construcción de una celda electroquímica de Daniel Zn(s) | ZnSO4 (1M) || CuSO4 (1M) | Cu(s) para determinar ∆H ∆G ∆S de la reacción dentro de esta misma obteniéndose valores cercanos a los teóricos como son 212.84 KJ/mol, -212,27 KJ/mol, -1.9 J/mol con errores de 2,8%,0,3% y 90,9% respectivamente en general se obtuvo buenos resultados sin embargo este no es el caso para la entropía ya que el error es alto.
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DETERMINACION DE H G S PARA UNA CELDA ELECTROQUIMICA Anyeli Fernanda Muoz (2111401279), Jos Luis Morales (2111401304)[email protected], [email protected] de Junio de 2015. Departamento de Qumica Universidad de Nario.Palabras clave: Celda, cobre, zinc.
Resumen.Se realiz la construccin de una celda electroqumica de Daniel Zn(s) | ZnSO4 (1M) || CuSO4 (1M) | Cu(s) para determinar H G S de la reaccin dentro de esta misma obtenindose valores cercanos a los tericos como son 212.84 KJ/mol, -212,27 KJ/mol, -1.9 J/mol con errores de 2,8%,0,3% y 90,9% respectivamente en general se obtuvo buenos resultados sin embargo este no es el caso para la entropa ya que el error es alto.LABORATORIO DE FISICOQUMICA I - UNIVERSIDAD DE NARIO
1. Introduccin. Una celda galvnica o pila es un dispositivo que permite la generacin de una corriente elctrica a partir de una reaccin redox espontnea Estas celdas constan de dos compartimientos (semiceldas) en los que se colocan soluciones acuosas de un electrolito y all se sumergen sendos electrodos. En la figura 1 se muestra a modo de ejemplo un esquema de la pila de Daniell, en la que el electrodo donde se produce la oxidacin (nodo) es un electrodo de cinc sumergido en una solucin de ZnSO4 y el electrodo en el que ocurre la reduccin (ctodo) es un electrodo de cobre sumergido en una solucin de CuSO4. Se indica la convencin de signos para el nodo y ctodo respectivamente.1Las semirreacciones de cada semicelda son las siguientes:Reaccin 1.celda de Daniell Zn(s) Zn 2+(ac) + 2 e (oxidacin)Cu 2+ (ac) + 2 e Cu(s) (reduccin)La reaccin global es: Zn(s) + Cu 2+ (ac) Zn 2+ (ac) + Cu(s)
La notacin habitual de una celda galvnica es la que se muestra a continuacin para la celda de Daniell:Zn(s) | ZnSO4 || CuSO4| Cu(s)En esta notacin se ubica al electrodo que funciona como nodo a la izquierda y al ctodo a la derecha. Las barras verticales representan las interfaces de separacin slido/lquido y la doble barra vertical simboliza al puente salino, que permite la conduccin electroltica.2
2. Metodologa.Se construy una celda electroqumica en la cual el puente salino estaba formado de agar y una sal Na2SO4 y en los beakers se colocaron 60 mL de disoluciones de ZnSO4 (ac) y CuSO4 (ac) 1M cada una.
Figura 1. Celda galvnica de cobre-zinc con soluciones de ZnSO4 y CuSO4.3
Inicialmente se tom el potencial de la celda galvnica mediante el voltmetro para las solucin de CuSO4 (ac) y luego se registr a distintas temperaturas en el intervalo de 50C hasta 22 C.(Tabla 1)
RESULTADOS Y DISCUSION:Esta es una reaccin de xido reduccin en la cual hay transferencia electrnica entre los reactivos, dando lugar a un cambio en los estados de oxidacin de los mismos con respecto a los productos donde el Zn acta como agente reductor debido a que aumenta su estado de oxidacin es decir, se oxida ya que pasa de Zn0 a Zn2+ y el cobre acta como agente oxidante debido a que disminuye su estado de oxidacin es decir, se reduce ya que pasa de Cu2+ a Cu0.La reaccin neta es:Cu2+ +2 e- Cu0El potencial medido es el trabajo mximo que la celda puede realizar o la cantidad de energa elctrica que se puede tener de la reaccin.4 De la reaccin 1 se obtiene que el nmero de electrones intercambiados es 2 y la carga del catin es 2+.Datos que nos sirvieron para calcular algunas propiedades termodinmicas, adems tambin usando para ello la constante de Faraday 96486 J/ mol.Los datos obtenidos fueron los de la tabla 1:
Tabla 1.Datos obtenidos del potencial con la variacin de temperatura y valores de H, G y S.
Para calcular de H G S, se usaron los datos de la tabla 1 y la constante de Faraday 96486C/mol5 y 2 es el nmero de electrones necesarios para reducir una mol de Cu 2+.Ademas fue necesario graficar (Grafica 1) el potencial en funcin de la temperatura para calcular (E/T) .y = 5 *10 -06 x2 + 0,0074x - 0,284(E/T) = 2*5 *10 -06 T +0.0074(E/T)=1*10 -5 T + 0.0074
Calculo energa libre de Gibbs G:Se utiliz la ecuacin 1, donde z corresponde a la carga del ion formado, F es la constante de Faraday y E es el potencial estndar de la celda equivalente a 1.10 V. G=-zFE EC.1G = -2*96486C*1.10 V = -212,27 KJ/molCalculo de entalpia H: se utiliz la ecuacin 2 Donde H: entalpa (J/mol); T: temperatura (K);(E/T)p: coeficiente de temperatura (V/C).
H = -zF (E T* (E/T)p) EC.2
H = (-2*96486C) (1.10 V (298.15 X (-1*10 -5))= 212.84 KJ/molCalculo de entropa S: S= zF (E/T) EC.3S = 2*96486C*(1*10 -5) =-1.9 J/molEn la tabla 1 podemos observar como las funciones H, G y S varan con la variacin de temperatura .As, la entalpia disminuye conforme lo hace la temperatura en cambio la energa de Gibbs permanece constantes. Tambin se observa que la entropa va a aumentando conforme la temperatura lo hace concordando con lo aprendido en clase.Los resultados obtenidos se compararon con los datos tericos mostrados en la tabla al final de este informe y se determin el porcentaje de error as:%E=x100=0,3% para G, para H 2,8% y para S 90,9% en conclusin los valores para entalpia y energa de Gibbs no estn tan dispersos con respecto a los tericos sin embargo se obtuvo un error alto para la entropa lo cual se puede deber a errores durante el desarrollo de la practica ya que las condiciones de laboratorio son difciles de controlar.Conclusiones. Las propiedades termodinmicas fueron calculadas a partir de datos experimentales, concluyendo que la celda electroqumica no puede ser reversible, mientras que la celda electroltica puede serlo por suministrrsele energa o corriente. Se observ el comportamiento de las propiedades termodinmicas con respecto a la variacin de temperatura: el G es proporcional a la temperatura (aumenta), H y el S disminuyen conforme disminuye la temperatura. Adems se encontr que tanto G y H estn acorde a los valores reportados en la literatura pero S reporta una dispersin grande con respecto a estos valores.Bibliografa.1. Mortimer, C.E., Qumica. Mxico D.F., Mxico: Grupo Editorial Iberoamrica, 1983. 2. Whitten, K.W., Gailey, K.D., Davis, R.E., Qumica General. Mxico D.F., Mxico: Mc Graw Hill, 19923. Atkins, P.W., Physical Chemistry, Oxford, Reino Unido: Oxford University Press, 1990.4. Burmstrova, O., Prcticas de Qumica Fsica, Mosc: Editorial Mir, 1977.5. Chang, R., Qumica. Mxico D.F., Mxico: Mc Graw Hill, 1992.Chemistry Experiment Simulations and Conceptual Computer Animations, consultada por ltima vez en mayo 31 de 2015, en http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/simDownload/index4.html#electrochem
