CUESTIONARIO:

1. EXPLIQUE EN QUE CONSISTE UNA CELDA DE CONCENTRACION. MUESTRE UN EJEMPLO:

Una celda de concentración, también llamada pila de concentración, es una pila galvánica en la cual las dos semiceldas están formadas por el mismo metal en la misma solución. La corriente eléctrica es generada gracias a que las concentraciones de la solución en las semiceldas son distintas, en una la solución estará más concentrada que en la otra.

Entonces, los electrones tenderán a fluir desde la semicelda en donde la solución es más diluida hacia la solución más concentrada, de manera que reduce los iones disueltos, y que la concentración de la solución concentrada disminuya, al mismo tiempo que la concentración de iones en la solución diluida aumentará (debido a que se está oxidando, está cediendo electrones).

Cuando las concentraciones en las soluciones se igualan, ya no se genera una diferencia de potencial, no hay transporte de electrones, entonces la pila se ha agotado.

La diferencia de potencial generado por este tipo de pilas viene dada por la ecuación de Nernst:

Donde:

E: Es el potencial corregido del electrodo.

E : El potencial en condiciones estándar (los potenciales se encuentran tabulados para diferentes reacciones de reducción).

R: La constante de los gases.

T : La temperatura absoluta (escala Kelvin).

n: La cantidad de electrones que participan en la reacción.

F : La constante de Faraday (aproximadamente 96500 C/mol).

Ln(Q) : Es el logaritmo neperiano de Q que es el cociente de reacción.Y el cociente de reacción:

Para armar una celda de concentración, podemos colocar por ejemplo dos electrodos de plata en cada semicelda, cada uno sumergido en una solución de nitrato de plata. Una de las soluciones de nitrato de plata puede ser por ejemplo 0,3 M y la otra 0,03 M. Colocamos además un puente salino de nitrato de sodio, y un voltímetro que nos indique la diferencia de potencial generada.

Lo que va a suceder en la semicelda donde la concentración de iones plata es menor, es que el electrodo de plata se irá disolviendo, se irán oxidando los átomos generando iones plata para aumentar la concentración de iones en la solución. Los electrones liberados en este proceso de oxidación se trasladarán a la semicelda en donde la concentración de iones plata es mayor, reduciendo estos iones, que se depositarán en el electrodo en forma de átomos de plata.

De manera que el electrodo que está sumergido en la solución menos concentrada es el ánodo, y el que está sumergido en la solución más concentrada sería el cátodo.

Con el armado de este tipo de pilas, se puede comprobar experimentalmente la ecuación de Nernst, midiendo los voltajes obtenidos usando soluciones de distinta concentración, y comparándolos con el voltaje calculado teóricamente.También puede ocurrir un fenómeno similar al que ocurre cuando un metal está en contacto con soluciones de diferente concentración, cuando el metal se encuentra en contacto con distintas concentraciones de oxígeno en distintos puntos. La zona del metal que se halle en contacto con mayor concentración de oxígeno será catódica y la zona donde la concentración de oxígeno sea menor, será anódica.

Un ejemplo seria la pila de Daniell:

Semirreaciones en la pila DaniellElectrodo (signo) Proceso químico Semirreaccion Potencial (V)

Ánodo (electrodo negativo) Oxidación del Zn Zn(s) → Zn2+(ac) + 2 e- Eº=-0,76 VCátodo (electrodo positivo) Reducción del Cu2+ Cu2+(ac) + 2 e- → Cu(s) Eº=+0,34 V

2. EXPLIQUE EN QUÉ CONSISTE UNA CELDA DE COMBUSTIBLE, MUESTRE UN EJEMPLO.

Consiste en un ánodo donde se le inyecta el combustible (hidrógeno, amoníaco o algún alcohol) y un cátodo donde se introduce el oxidante que podría ser aire u oxígeno, estos dos electrodos (cátodo y ánodo) de la pila de combustible están separados por un electrolito iónico conductor.

EJEMPLO: Celda hidrógeno-oxígeno con electrolito alcalinoDonde:

ÁNODO: Hidrógeno

CÁTODO: Oxígeno

ELECTROLITO ALCALINO: Podría ser la Potasa Caustica (KOH)

3. EXPLIQUE BAJO QUÉ CONDICIONES UNA CELDA GALVÁNICA DEJARIA DE PRODUCIR UN VOLTAJE.

Se sabe que una celda galvánica está compuesta de 2 semipilas (semiceldas o electrodos), donde en cada semicelda consta de un metal y solución de una sal y un metal, la solución contiene un catión del metal y un anión para equilibrar la carga del catión, y se observa que el metal se aprecia en dos E.O diferentes. También se sabe que la celda debe tener un puente salino o una placa porosa que separará las 2 soluciones.

Ya hablamos de los componentes que tiene una celda galvánica ahora deduciremos que condiciones provocarían que no se produjera algún voltaje:

i. Cada semicelda tendrá a un metal en 2 E.O diferentes por lo tanto habrá una transferencia de una determinada cantidad de electrones pero si esa cantidad de electrones transferida es diferente en cada semicelda no se generará voltaje alguno ya que si no es la misma las 3 semipilas no se combinarán para dar la reacción electroquímica global de la celda.

ii. Otra condición se cumpliría si no existiera puente salino o placa porosa sirven tanto para mantener las soluciones separadas como para permitir el flujo de aniones en la dirección opuesta al flujo de electrones en el cable de conexión de los electrodos.

4. ¿POR QUÉ SE UTILIZA AL PLATINO COMO ELECTRODO INERTE?

Se utiliza platino como electrodo inerte debido a varias propiedades del platino algunas de las cuales son:

Material inerte, que no se corroe. Capacidad para catalizar la reacción de reducción de protones. Alto intercambio intrínseco de densidad para la reducción de protones. Excelente reproducción del potencial (igual o menor que 10 μV) cuando

dos electrodos bien construidos se comparan con otros. En el caso particular del experimento realizado se utilizaría el platino

(realmente en el experimento N° 2 se utilizó como electrodo inerte al grafito) principalmente porque químicamente no reaccionaria con el electrolito KI.

Electrodo de platino

5. ¿POR QUÉ SE UTILIZA ELECTRODOS DE CARBONO COMO ELECTRODO INERTE?

El grafito se usa como electrodo inerte porque:

No interviene en la reacción redox (ni se oxida ni se reduce) en el experimento en el cual el electrolito es el KI el grafito sirve como medio para el transporte de electrones para cerrar el circuito(los electrodos están conectados a la fuente), como soporte material para la oxidación de los iones I−1 en I 2 y la reducción de los cationes H+1 en H 2.

El grafito al igual que los metales nobles (platino) son materiales inertes químicamente en la reacciones de oxidación reducción lo cual evita que se contaminen las soluciones en la celda evitando de esta manera obtener productos no deseados de consumirse el electrodo.

Electrodo de grafito

6. SIENDO EL CARBONO NO METALICO.¿COMO EXPLICA QUE SE UTILICE PARA CONDUCIR LOS ELECTRONES EN LAS CELDAS ELCTROLITICAS?

En el grafito los átomos de carbono presentan hibridación sp2, esto significa que forma tres enlaces covalentes en el mismo plano a un ángulo de 120º (estructura hexagonal) y que un orbital Π perpendicular a ese plano quede libre (estos orbitales deslocalizados son fundamentales para definir el comportamiento eléctrico del grafito) El carbono en forma grafito forma anillos de carbonos unidos entre sí en forma de capas. Estos anillos contienen enlaces simples y dobles haciendo que haya electrones deslocalizados por los enlaces dobles de cada carbono (enlaces pi). Estos electrones deslocalizados al aplicarles un potencial se desplazan de un lado al otro generando una corriente, esto solo pasa si la diferencia de potencial va paralela a la capa de carbono.

7. MOSTRAR UNA CELDA ELECTORLITICA FORMADA POR UN METAL INERTE.

La conductividad eléctrica de las sustancias consiste en un desplazamiento de la carga eléctrica a través de ellas. Dicho movimiento de las cargas puede producirse de dos maneras distintas:

A través de un flujo de electrones, como sucede en los metales, a los cuales se les conoce como conductores de primera especie.

A través del movimiento de los iones positivos y negativos, mediante una disolución o mediante un compuesto iónico fluido. Esta forma de conductividad se conoce como conductividad iónica, también llamada, electrolítica, tratándose de la conductividad propia de los electrolitos que son conductores de segunda especie.

La electrólisis se puede definir como un proceso en el que el paso de la corriente eléctrica a través de una disolución o a través de un electrolito fundido, da como resultado una reacción de oxidación – reducción (redox), no espontánea.

La conductividad eléctrica se lleva a cabo en cubas o celdas electrolíticas, para poder reproducir una reacción de oxidación- reducción, en la electrólisis, proceso que tiene gran interés práctico.

Una cuba electrolítica es un recipiente en el cual se lleva a cabo el proceso de la electrólisis. Dicho recipiente contiene una disolución en la que se sumergen los electrodos, ambos conectados a una fuente de corriente continua, gracias a la cual la cuba recibe electrones.

Los electrodos son las superficies sobre las que tienen lugar las semirreacciones redox. Generalmente son de carácter inerte con respecto a los reactivos que se encuentran en la cuba electrolítica. En los electrodos podemos distinguir un cátodo, y un ánodo, al igual que ocurre en las pilas voltaicas.

Ánodo: electrodo en el cual se produce la oxidación, éste va conectado al polo positivo de la fuente de corriente.

Cátodo: electrodo donde se produce la reducción, éste se conecta al polo negativo de la fuente de corriente.

Las diferencias más destacables entre una pila y una cuba electrolítica son:

En una pila voltaica, la reacción química produce energía eléctrica, en cambio en la cuba electrolítica es justo al contrario, la energía eléctrica produce una reacción química.

En las pilas, hay dos electrolitos, y en las cubas electrolíticas solamente uno.

Las reacciones redox son espontáneas en las pilas voltaicas, mientras que en las cubas electrolíticas, no lo es.

En las pilas, el ánodo es el polo negativo, y el cátodo el positivo, viceversa en las cubas electrolíticas.

Un ejemplo de electrólisis puede ser el caso del agua. El agua pura no tiene la suficiente cantidad de iones libres como para que se pueda producir electricidad. Debido a esto, para lograr la electrolisis del agua, se suele añadir una cantidad pequeña de ácido sulfúrico (0.1 M). En estas disoluciones acuosas, se sumergen los electrodos inertes, que es donde ocurrirán las siguientes reacciones:

Oxidación en el ánodo: 2 H2O (l) – 4 e^- → O2 (g) + 4H^+ (aq) Reducción en el cátodo: 4H^+ (aq) + 4e^- → 2 H2 (g) Reacción global: 2H2O (l) → 2H2 (g) + O2 (g)

Se ve claramente como se obtiene hidrógeno en el cátodo, y oxígeno en el ánodo, siendo el volumen del gas de hidrógeno, el doble del volumen de oxígeno.Los aniones sulfato del ácido se oxidan después que el agua, éstos necesitan un potencial elevado para descargarse, así que no lo hacen. El ácido sulfúrico no es consumido.

8. ¿POR QUÉ LA TENSIÓN MEDIDA VA DISMINUYENDO CON EL TIEMPO DURANTE EL FUNCIONAMIENTO DE LAS CELDAS GALVÁNIVAS?

Los cálculos están basados en la hipótesis de que todas las reacciones químicas están en equilibrio Cuando fluye una corriente en el circuito, no se alcanzan las condiciones de equilibrio y el potencial de la pila suele reducirse por diversos mecanismos, tales como el desarrollo de la sobretensiones. Además, dado que las reacciones químicas se producen cuando la pila está produciendo energía, las concentraciones de los electrólitos cambian y se reduce el voltaje de la celda. La tensión producida por una pila galvánica depende de la temperatura debido a que los potenciales estándar dependen de la temperatura.

9. ¿CUÁL ES EL PAPEL DEL PUENTE SALINO EN LA PILA?¿QUÉ OCURRE SI LA RETIRAS?

El circuito entre las dos semiceldas se completa mediante un puente salino. Este puede ser cualquier medio que permita el paso de los iones.

Las funciones que cumplen son:

Permite el contacto eléctrico entre las 2 semiceldas de modo que se cierre el circuito

Impide la mezcla mecánica de las soluciones ya que si esto acurre la reacción seria directa y los electrones no fluirían por el conductor externo.

Mantiene la neutralidad eléctrica de las semiceldas al dejar fluir iones a través de su masa. Dicho flujo de iones se llama corriente interna de la pila.

Y si se retira el puente salino pues no se cerraría el circuito la reacción seria directa y no mantendría la neutralidad eléctrica.