Informe de Electroquiimca 01
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7/26/2019 Informe de Electroquiimca 01
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INDICE
1. Resumen...03
2. Introduccin..04
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ELECTROQUIMICA 201
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3. Principios tericos05
4. Detalles experimentales.....11
5. Tabulacin de datos resultados experimentales..15
!. "#emplos de c$lculos...1%
&. 'n$lisis discusiones de resultados.22
(. )onclusiones recomendaciones....23
%. *iblio+ra,-a.24
10.'nexos...25
1. RESUMEN
"n el si+uiente in,orme acadmico se dar$ a conocer la experiencia reali/ada
en la cuarta pr$ctica de laboratorio perteneciente al tema de electrou-mica
la cual tuo como ob#etio el estudio de la ecuacin de ernst aplicada a la
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celda +al$nica 2+/Cu+2/Cu
Zn/Zn la le de arada para la electrolisis del
a+ua.
as condiciones del laboratorio en la ue se traba# ,ueron presin de &5!
mm H g, 236) de temperatura a un %!7 de 8umedad relatia.
"n la ecuacin de ernst se 8alla ue el potencial de una celda est$ en ,uncin
de su concentracin temperatura en base a esta teor-a mediante el
dispositio de las celdas +al$nicas se obtuieron los si+uientes potenciales9
1.67V([ Zn
+2
]=0.1
M y [ Cu+2
]=0.1
M) 1.61
v ([Zn+2
]=0.1
M y [Cu+2
]=0.01
M) 1.55V( [Zn+2 ]=0.1M y [Cu+2 ]=0.1M) : el error en cada caso ,ue de ;51.(17;
50.4!7 ;4(.!07 respectiamente.
Para el caso de la celda electrol-tica se obtuo 10 masas experimentales de
donde se 8all el porcenta#e de error promedio los cual ,ue9 30.057 < ! =oltios>
%.0!7 .
De lo anterior se puede concluir ue en una celda +al$nica a menosconcentracin de una de las soluciones el potencial ser$ menor en el caso de
la celda electrol-tica a m$s ampera#e la masa obtenida ser$ maor. Tambin se
recomienda corroborar el buen ,uncionamiento de los euipos a utili/ar.
os detalles experimentales de estos resultados de manera concisa as- como
el an$lisis de los resultados obtenidos respecto al mar+en de error de los
experimentos adem$s de las conclusiones las recomendaciones respectias
ue permitan la obtencin de me#ores resultados as- como la reduccin del
porcenta#e de error.
2. INTRODUCCIN
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a electrou-mica es el estudio de las reacciones u-micas ue producen
e,ectos elctricos de los ,enmenos u-micos causados por la accin de las
corrientes o olta#es.
"s por ello ue el campo de la electrou-mica 8a sido diidido en dos +randes
secciones. a primera de ellas es la "lectrlisis la cual se re,iere a las
reacciones u-micas ue se producen por accin de una corriente elctrica. a
otra seccin se re,iere a auellas reacciones u-micas ue +eneran una
corriente elctrica ste proceso se llea a cabo en una celda o pila +al$nica.
a descomposicin electrol-tica es la base de un +ran n?mero de procesos deextraccin ,abricacin mu importantes en la industria moderna. a sosa
c$ustica se produce por la electrlisis de una disolucin de sal
com?n en a+ua. a reaccin produce cloro sodio.
"l sodio reacciona a su e/ con el a+ua de la pila electrol-tica produciendo sosa
c$ustica. "l cloro obtenido se utili/a en la ,abricacin de pasta de madera
papel. @na aplicacin industrial importante de la electrlisis es el 8orno
elctrico ue se utili/a para ,abricar aluminio ma+nesio sodio. "n este 8orno
se calienta una car+a de sales met$licas 8asta ue se ,unde se ioni/a. '
continuacin se deposita el metal electrol-ticamente.
os mtodos electrol-ticos se utili/an tambin para re,inar el plomo el estaAo
el cobre el oro la plata. a enta#a de extraer o re,inar metales por procesos
electrol-ticos es ue el metal depositado es de +ran pure/a. a +alanotecniaotra aplicacin industrial electrol-tica se usa para depositar pel-culas de
metales preciosos en metales base.
Tambin se utili/a para depositar metales aleaciones en pie/as met$licas ue
precisen un recubrimiento resistente duradero. a electrou-mica 8a
aan/ado recientemente desarrollando nueas tcnicas para colocar capas de
material sobre los electrodos aumentando as- su e,icacia resistencia. Tras el
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descubrimiento de ciertos pol-meros ue conducen la electricidad es posible
,abricar electrodos de pol-meros.
3. PRINCIPIOS TERICOS
Electroqumica:
"s la rama de la u-mica ue estudia la trans,ormacin entre la ener+-a
elctrica la ener+-a u-mica."l ob#etio de la electrou-mica es estudiar las reacciones u-micas
producidas por e,ecto de la corriente elctrica la produccinde ener+-a elctrica mediante tras,ormaciones u-micas llamadas
com?nmente +al$nicas o pilas.os procesos electrou-micos son reacciones redox
donde la ener+-a liberada por una reaccin espont$nea se conierte en
electricidad o donde la ener+-a elctrica se aproec8a para inducir una
reaccin u-mica no espontanea.
Cela! "al#$%ica!:as )eldas +al$nicas son un dispositio en el ue la trans,erencia de
electrones se produce a tras de un circuito externo en e/ de ocurrir
directamente entre los reactios: de esta manera el ,lu#o de electrones
puede ser utili/ado.
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"n la semicelda andica ocurren las oxidaciones mientras ue en la semicelda
catdica ocurren las reducciones. "l electrodo andico conduce los electrones
ue son liberados en la reaccin de oxidacin 8acia los conductores met$licos."stos conductores elctricos conducen los electrones los llean 8asta el
electrodo catdico: los electrones entran as- a la semicelda catdica
producindose en ella la reduccin.
6
&I'UR( N) *1 : "structura de las celdas +al$nicas&UENTE: 8ttp9BBcorinto.pucp.edu.peBuimica+eneralBcontenidoB42;celdas;+alanicas;o;celdas;oltaicas.8tml
&I'UR( N+*2:"#emplo de celdas +al$nicas&UENTE:8ttp9BBcorinto.pucp.edu.peBuimica+eneralBcontenidoB42;celdas;
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a pila +al$nica consta de una l$mina de /inc met$lico Cn sumer+ida en una disolucin de sul,ato de /inc ZnSO4 1
una l$mina de cobre met$lico )u sumer+ido en una disolucin de sul,ato de cobre CuSO4 1 .
"l ,uncionamiento de la celda se basa en el principio de ue la oxidacin de Cn
a+
Zn2 (ac) la reduccin de
+Cu
2(ac ) a )u se puede llear a cabo
simult$neamente pero en recipientes separados por un puente salino con la
trans,erencia de electrones
e a tras de un alambre conductor met$lico
externo.
as l$minas de /inc cobre son electrodos.
os electrodos son la super,icie de contacto entre el conductor met$lico la
solucin de semicelda . Ei el electrodo no participan de la
reaccin redox se le llama electrodo inerte o pasio.)uando participa de la reaccin redox como es este caso se denomina
electrodo actio.
Pue%te !ali%o
"l puente salino es por lo +eneral un tubo en u inertido lleno de una solucin
inerte de cloruro de sodio o de potasio.
@n puente salino se compone de un tubo en ,orma de F@F ue contiene una
solucin mu concentrada de un electrlito.
E,em-lo:
NaN O3(ac ) , N H4N O3(ac) ,NaCl (ac) , K N O3(ac) , entre otros> cuos iones no
reaccionan con los otros iones de la celda ni con el material de los electrodos.
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"l electrlito se suele incorporar en un +el para ue la solucin de electrlito no
escurra cuando se inierte el tubo en @.
&I'UR( N) *3:"#emplo de celdas +al$nicas
&UENTE:8ttp9BBcorinto.pucp.edu.peBuimica+eneralBcontenidoB42;celdas;+alanicas;o;celdas;oltaicas.8tml
' medida ue se produce la oxidacin la reduccin de los electrodos los
iones del puente salino emi+ran para neutrali/ar la car+a en los
compartimientos de la celda.
os aniones emi+ran 8acia el $nodo los cationes 8acia el c$todo.
De 8ec8o no se producir$ un ,lu#o medible de electrones a tras del circuito
externo a menos ue se proporcione un medio para ue los iones emi+ren a
tras de la solucin de un compartimiento al otro con lo ue el circuito se
completa.
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E/ES DE &(R(D(/
PRIMER( E/
a masa depositada o liberada de una sustancia en un electrol-tico es
directamente proporcional a la cantidad de electricidad ue pasa por la
solucin.
m=1Eqg I t
96500 ..(1)
m=masadepositada o lie!ada
I=Intensidad(")
t=tiempo (s )
Eqg=Equivalente g!amo de la sustaciadepositadao lie!ada
SE'UND( E/:
)uando una misma intensidad de corriente ,lue por dos o m$s celdas
electrol-ticas la masa depositada o liberada es proporcional a su peso
euialente
9
&I'UR( N) *0:"lectrolisis&UENTE :8ttp9BBes.slides8are.netB"I'E'='RR"T"Belectrlisis;133(!52%
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ECU(CIN DE NERNST
ernts encontr ue el potencial de una celda no solo est$ en ,uncin del
electrodo del electrol-tico sino tambin de su concentracin temperatura
para obtener el olta#e de una celda +al$nica en condiciones di,erentes a las
normales se utili/ara la ecuacin de ernst.
..
E=potencial o volta#e de la celda ( $ % e % m % )
E &=potencialno!mal del pa! dado %
'=nume!ode $a!aday96500.
n=nume!o de elect!ones que se gana o pie!de %
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0. DET(ES EPERIMENT(ES
M(TERI(ES C(R(CTERSTIC(S IM('EN
1 &iola! 500 ml
2 4a"ueta in 30 ax !0
idrio
3 Tu5o e% U 2 )m diametro
0 6a!o-reci-itao
Dos asos de 100ml 500ml
7 Pi-eta Graduado 10ml
8 Co%e9io%e!elecetrica!
Ro#o ne+ro < con +anc8o>
ami%a! )u;Cn
; Tu5o 6irio Ealida lateral Hri,icio parte in,erior
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Proceimie%to
EcuaciB% e Ner%!t
Preparamos en ,iolas di,erentes 250m de las soluciones )uEH40.01
0.001.
ue+o ertimos 200 m de CnEH40.1 en un aso de precipitados
8icimos lo mismo con la solucin )uEH40.1 lo conectamos dic8os
asos con el puente salino.
Ee+uidamente li#amos las 2 l$minas met$licas las en#ua+amos con
a+ua destilada.
ue+o conectamos el cordn elctrico ne+ro en J)HK el ro#o en JK
del mult-metro. ue+o el otro extremo del cordn ne+ro lo conectamos
con la l$mina se Cn al ro#o con la l$mina de )u lo introducimos en
sus respectias soluciones tratando ue estas no 8a+an contacto con las
pin/as.
ue+o +iramos la perilla del mult-metro 8asta 2= en D)= se encendi
el aparato.
ue+o de#amos ue la lectura se estabilice anotamos.
Repetimos el procedimiento para soluciones de )uEH40.01 )uEH4
0.001.
e e &araa
Primero se erti 200 m de solucin de aHL 4 en un aso de
250m.
ue+o conectamos la bureta con el tubo con salida lateral manteniendo
abierto el conducto ue conecta con el ambiente se procedi a nielar el
olumen de a+ua en la bureta en cero subiendo o ba#ando la pera dedecantacin del +asmetro.
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ue+o introducimos un electrdo de acero inoxidable con el tubo con
salida lateral en el aso ue contiene la solucin de 8idrxido
de sodio 8asta aproximadamente 1 cm. del ,ondo del mismo. Ee+uidamente instalo el otro electrodo de acero al mismo niel
ue el anterior.
ue+o conectamos el Terminal ne+atio de la ,uente de corriente con el
c$todo el Terminal positio con el $nodo.
ue+o +raduamos 0.! 0.% ' en la ,uente de corriente continua.
ue+o de encender la ,uente de#amos pasar unos 2 minutos antes de
comen/ar el experimento para ue el 8idro+eno desplace todo el aire.
ue+o cerramos el conducto ue conecta con el ambiente al mismo
tiempo se puso en marc8a el cronometro controlamos el tiempo ue
demora en producir 20m de 8idro+eno.
Durante todo este tiempo se mantuo el niel del a+ua dentro de la
bureta i+ual al niel de a+ua dentro de la pera de decantacin.
'puntamos los resultados.
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7. T(4U(CIN DE D(TOS / RESUT(DOSEPERIMENT(ES
i. T(4(S DE D(TOS EPERIMENT(EST(4( N+*1:='HR"E "MP"RI"T'"E D" )"D'E G'='I)'E
CED( '(6NIC( 6OT(E EPERIMENT( F6
[ Zn+2 ]=0.1M % y [ Cu+2 ]=0.1M 1.&1 1.!% 1.!2PRH"DIH N1.!&
[ Zn+2 ]=0.1M % y [ Cu+2 ]=0.01M % 1.!0 1.!2 1.!1PRH"DIHN1.!1
[ Zn+2 ]=0.1M % y [ Cu+2 ]=0.001M 1.55 1.54 1.55PRH"DIHN1.54
&UENTE: "'*HR')IH PRHPI'
T(4( N+*2:='HR"E "MP"RI"T'"E D" )"D'E "")TRHITI)'
TEMPER(TUR( F> 2
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ii. T(4(S DE D(TOS TEORICOS
T(4( N+*3:='HR"E T"HRI)HE D" )"D'E "DI'T" ' ")@')IH D" "RTE
Para [ Zn+2 ]=0.1M % y [ Cu+2 ]=0.1M
molK8.31 (/
(298K)
molK96500 (/
E=1.100 1.100V
Para [ Zn+2 ]=0.1M % y [ Cu+2 ]=0.01M %
molK
8.31 (/(298K)
molK96500 (/
E=1.100 1.070V
Para [ Zn+2 ]=0.1M % y [ Cu+2 ]=0.001M
molK8.31 (/
(298K)
molK96500 (/
E=1.10 1.045V
&UENTE: "'*HR')IH PRHPI'
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T(4( N+*0:='HR"E "MP"RI"T'"E D" )"D'E "")TRHITI)'
TEMPER(TUR( F> 2
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TEMPER(TUR( F> 2
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8. EEMPOS DE CCUOS
C$lculo! co% la ecuaciB% e Ner%!t
Eabemos ue9EcuaciB% e Ner%!t
*=25 +C=298+K
=8.314 (mol / +K
n=2
'=96500
EcuaciB% @umica
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Para [ Zn+2 ]=0.1M % y [ Cu+2 ]=0.1M
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TeBrico F6G1.1**#
E9-erime%tal F6G1.8#
Porce%ta,e e error:
e!!o!=1.1001.67
1.100100=51.818(de$ecto)
C$lculo! co% la le e &araa
Sea:
DB%e:
M=masa de sustancia M=pesoequivalente de sustancia
=ampe!ios
t=tiempo enseg%
-=p!esion
,=Constantes de gases ideales
APara %ue!tra e9-erie%cia:
t ; 1(.52se&.
T;2
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164.764106
& !e
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. (NISIS / DISCUSIONES DE RESUT(DOS
"n la experiencia de la ecuacin de erst se obtuo los potenciales
tericos utili/ando las ecuaciones de erst al compararlos con los
potenciales experimentales obtuimos errores mu +randes as- como9
A51.(1( por de,ecto esto se debi tras a la ,alta de precisin del
olt-metro a las concentraciones exactas de los sul,atos tambin ueeli#amos bien las l$minas de /inc de cobre: cabe recalcar ue el
olt-metro estaba de,ectuoso no marcaba un olta#e correcto.
"n el experimento de la le de arada obtuimos un
error -n,imo por de,ecto el cual nos indica ue 8ubo precisin
en la 8ora del desarrollo de la experiencia.
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;. CONCUSIONES / RECOMEND(CIONES
a CONCUSIONES
a celda +al$nica est$ basada en la oxidacin ; reduccin donde se
produce un cambio en los n?meros de oxidacin de las sustancias. os
electrones tienen ue ,luir por el circuito externo desde el electrodo
ne+atio al positio. "n el electrodo ne+atio tiene lu+ar la oxidacin la
reduccin se eri,ica en el electrodo positio. 'l sumar las reacciones de
oxidacin reduccin resulta la celda electrou-mica.
"l uso del puente salino es mu importante pues concentra dos
soluciones eitando la me/cla eliminando el potencial de unin.
a di,erencial de potencial aria con la concentracin es decir mientras
m$s diluida es la solucin el potencial decrecer$
5 RECOMEND(CIONES
aar con a+ua desioni/ada los electrodos li#ar esto permite una me#or
lectura en el mult-metro
"n el proceso de la celda electrol-tica 8a ue tener cuidado de conectar
los cables positio ne+atio de la ,uente en sus respectios lu+ares a
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ue de producirse este error el experimento estar-a completamente
errado.
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1*.CUESTION(RIO
1. ( quJ !e e%omi%a Kelectrolito!L me%cio%e tre! e,em-lo!.
@n electrBlitoes una sustancia ue se descompone en iones cuando se disuele en los l-uidos del cuerpo o
el a+ua permitiendo ue la ener+-a elctrica pase a tras de ellos.
'l+unos de los e#emplos de electrolitos son el sodio el potasio el cloruro
el calcio. a responsabilidad principal de los electrolitos en los seresios es llear nutrientes 8acia las clulas sacar los desec8os ,uera de
estas.
os electrlitos pueden ser dbiles o ,uertes se+?n estn parcial o
totalmente ioni/ados o disociados en medio acuoso. @n electrolito ,uerte
es toda sustancia ue al disolerse en a+ua lo 8ace completamente
prooca exclusiamente la ,ormacin de iones con una reaccin de
disolucin pr$cticamente irreersible. @n electrolito dbil es una
sustancia ue al disolerse en a+ua lo 8ace parcialmente produce
iones parcialmente con reacciones de tipo reersible.
os electrolitos +eneralmente existen como $cidos baseso sales.
@n electrlito se describe como concentrado si tiene una alta
concentracin de iones: o diluido si tiene una ba#a concentracin. Ei
tiene una alta proporcin del soluto disuelto se disocia en iones la
25
http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Base_(qu%C3%ADmica)http://es.wikipedia.org/wiki/Sal_(qu%C3%ADmica)http://es.wikipedia.org/wiki/Base_(qu%C3%ADmica)http://es.wikipedia.org/wiki/Sal_(qu%C3%ADmica)http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido -
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solucin es fuerte: si la maor parte del soluto permanece no ioni/ado la
solucin es dbil.
os electrlitos #ue+an un papel importante en los seres ios. 'udan a
mantener el ,luido adecuado el balance $cido;base dentro del cuerpo.
'l+unos de los cationes biol+icos m$s importantes son a )aY2
+. 'dem$s del )l; el HY2; el EY2; los aniones m$s importantes
son los aniones poliatmicos. @n in poliatmico es un in ue contiene
m$s de un $tomo. "#emplos de iones poliatmicos son el in
bicarbonato ue es un anin compuesto de cinco $tomos al
i+ual ue el ion sul,ato : el catin amonio compuesto
por cinco $tomos etc.
"#emplos9
;)loruro de sodio ,undido .
; Zcido n-trico.
; )loruro mercurioso
2. @uJ e! la &EM Me%cio%e al"u%a! a-licacio%e!.
a ,uer/a electromotri/
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"xisten di,erentes dispositios capaces de suministrar ener+-a
elctrica entre los ue podemos citar9
Pila! o 5atera!. Eon las ,uentes de " m$s conocidas del +ran
p?blico. Generan ener+-a elctrica por medios u-micos. as m$s
comunes corrientes son las de carbn;/inc las alcalinas ue
cuando se a+otan no admiten recar+a. as 8a tambin de n-uel;
cadmio de n-uel e 8idruro met$lico de in de litio
recar+ables. "n los automiles se utili/an bater-as deplomo;$cido ue emplean como electrodos placas de plomo como
electrolito $cido sul,?rico me/clado con a+ua destilada.
M$qui%a! electroma"%Jtica!. Generan ener+-a elctrica utili/ando
medios ma+nticos mec$nicos. "s el caso de las dinamos
+eneradores peueAos utili/ados en e8-culos automotores plantas
elctricas port$tiles otros usos diersos as- como los de +ran
tamaAo empleado en las centrales 8idr$ulicas trmicas atmicas
ue suministran ener+-a elctrica a industrias ciudades.
Cela! oto#oltaica! o otoelJctrica!. lamadas tambin celdas
solares trans,orman en ener+-a elctrica la lu/ natural del Eol o la de
una ,uente de lu/ arti,icial ue incida sobre stas. Eu principal
componente es el silicio . @no de los empleos m$s +enerali/ados
en todo el mundo de las celdas oltaicas es en el encendido
autom$tico de las luces del alumbrado p?blico en las ciudades.
Eecto -ieQoelJctrico. Propiedad de al+unos materiales como el
cristal de cuar/o de +enerar una peueAa di,erencia de potencial
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cuando se e#erce presin sobre ellos. @na de las aplicaciones
pr$cticas de esa propiedad es captar el sonido +rabado en los
anti+uos discos de inilo por medio de una a+u#a de /a,iro ue aldesli/arse por los surcos del disco en moimiento conierten sus
ariaciones de ain en corriente elctrica de audio,recuencia de
mu ba#a tensin o olta#e ue se puede ampli,icar o-r a un niel
muc8o m$s alto.
3. E9-lique e quJ orma !e -uee% -reecir lo! -roucto! e% u%-roce!o electroltico.
"n un proceso electrol-tico se puede predecir los resultados mediante
las ecuaciones de reaccin. 'dem$s ue si se tienen todos los datos
necesarios el c$lculo se 8ace
simple.
Por e#emplo para la solucin de 8idrxido de sodio se sabe ue se
,orman los iones L H;2 una e/ ue empiece a pasar corriente
elctrica el L se diri+ir$ al c$todo el H;2 ira
8acia el $nodo. Hri+inando +as 8idro+eno en el c$todo +as ox-+eno
en el $nodo.