UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES

PRACTICA N 10ELECTROQUIMICA

ELECTROLISIS Y LEYES DE FARADAY10.1.- OBJETIVO DE LA PRCTICA.-

La prctica tiene los siguientes objetivos: Realizar el manejo de los instrumentos de laboratorio involucrados en la prctica.

Realizar el tratamiento de datos con nfasis en PROMEDIOS ARITMTICOS,

ERRORES Y DESVIACIONE5.

Aplicar la energa elctrica para la realizacin de una reaccin qumica y mostrar la descomposicin del agua en sus elementos componentes.

Aplicar las leyes de Faraday. Descubrir los usos y aplicaciones de la Electro deposicin de metales.

Contribuir al desarrollo y difusin de la ciencia

10.2.- FUNDAMENTO TEORICO

La electroqumica se ocupa del estudio de las transformaciones qumicas originadas por el paso de la electricicidad y de la produccin de la electricidad mediante reacciones.

Antes de continuar el estudi debemos referirnos a la forma como se definen las unidades elctricas que se utilizan en la practica.

10.2.1 UNIDADES ELECTRICAS

La carga (Q) es la unidad fundamental de la energa elctrica y se postula por definicin que es indivisible. Existen dos tipos de carga, una negativa, la cual se denomina electrn, y una carga positiva que se denomina protn; Tambin existe un elemento neutro el cual se llama neutrn. En la naturaleza se pueden encontrar electrones libres como cargas negativas, pero no se pueden encontrar protones libres como cargas positivas, la carga positiva en forma natural se denomina Ion y es un tomo al cual le falta uno o varios electrones. En condiciones normales la materia es elctricamente neutra, esto cambia cuando las partculas empiezan a ceder o ganar electrones, cargndose positivamente en el primer caso y negativamente en el segundo. La unidad de carga elctrica que ms utiliza el qumico es el culombio (C).

La corriente elctrica mide la cantidad de carga que pasa por un conductor en unidad de tiempo, si se escoge el culombio como unidad de carga y el segundo como unidad de tiempo, la corriente es un culombio por segundo o amperio(A).

La otra unidad elctrica es el voltio (V), es la medida del trabajo necesario para mover una cantidad de carga de un lugar a otro comnmente se la define como la fuerza con que fluye una corriente elctrica, en una pila el voltaje suele llamarse fuerza electromotriz(fem).

10.2.2 ELECTROLISIS

La electrolisis es el proceso de descomposicin de una sustancia por medio de la electricidad. La palabra electrlisis significa "destruccin por la electricidad".La mayora de los compuestos inorgnicos y algunos de los orgnicos se ionizan al fundirse o cuando se disuelven en agua u otros lquidos; es decir, sus molculas se disocian en especies qumicas cargadas positiva y negativamente que tienen la propiedad de conducir la corriente elctrica entonces un electrolito es un material que fundido o disuelto en un disolvente polar es capaz de conducir corriente elctrica por la migracin de sus iones. Si se coloca un par de electrodos en una disolucin de un electrolito (compuesto ionizable) y se conecta una fuente de corriente continua entre ellos, los iones positivos de la disolucin se mueven hacia el electrodo negativo y los iones negativos hacia el positivo. Al llegar a los electrodos, los iones pueden ganar o perder electrones y transformarse en tomos neutros o molculas; la naturaleza de las reacciones del electrodo depende de la diferencia de potencial o voltaje aplicado.

Entonces las reacciones en los electrodos que comprenden la ganancia o prdida de electrones por las especies qumicas, son reacciones de oxidacin reduccin (REDOX).

El electrodo en el cual ocurre la reduccin se denomina ctodo (los iones que migran hacia el electrodo en una reaccin de electrolisis se llama cationes), el electrodo en el cual se oxidan los iones recibe el nombre de nodo(los iones que migran hacia el nodo se llaman aniones), Las dos reacciones involucradas son:

Mn+ + ne- Mo REDUCCIONMo Mn+ + ne-

OXIDACIONLas semirreacciones se producen simultneamente, siempre son parejas, y cuando su accin conjunta produce una corriente de electrones, la semi reaccin de reduccin atrae electrones y la otra semi reaccin de oxidacin los empuja. Este es el principio de las celdas voltaicas o galvanicas y suelen denominarse celdas electroqumicas debido a que la corriente elctrica la produce una reaccin qumica.10.2.2.1 LA ELECTROLISIS DEL AGUAEl agua esta compuesta por dos elementos qumicos: hidrgeno y oxgeno. La separacin de stos mediante la utilizacin de la electricidad se llama electrlisis del agua. En la electrlisis del H2O(agua) se forman hidrgeno (H2) y oxgeno (O2) en estado gaseoso, segn la siguiente reaccin:

2 H2O 2OH- (ac) + 2H+ (ac) 2H2 + O2Esta reaccin no se produce espontneamente. Para que tenga lugar es necesario aportar energa elctrica mediante una pila galvnica o un generador de corriente continuo. Es por este motivo que la reaccin se lleva a cabo en una celda electroltica, que es un sistema electroqumico generador de sustancias, por la accin de un flujo de electrones suministrado por la fuente de voltaje externa (consta de un electrolito en solucin o estado fundido, dentro de la cual se colocan 2 electrodos que se conectan a las terminales de la fuente de corriente continua).Vase Fig. 9.1.10.2.3. ELECTRODEPOSICION La electro deposicin es el recubrimiento electroltico que se realiza a un objeto con fines decorativos o de proteccin anticorrosion, las reacciones de corrosin son de naturaleza electroqumica, ya que implican transferencia de electrones entre el metal que sufre el ataque (que acta como dador electrnico o nodo) y una segunda sustancia que recibe tales electrones, y que por tanto se reduce, actuando como oxidante en la reaccin redox.

Muchas partes metlicas se protegen de la corrosin por electro deposicin, para producir una fina capa protectora de metal. En este proceso, la parte que va a ser recubierta constituye el ctodo de una celda electroltica. El electrolito es una sal que contiene cationes del metal de recubrimiento. Se aplica una corriente continua por medio de una fuente de alimentacin, tanto a la parte que va a ser recubierta como al otro electrodo. Un ejemplo de deposicin en varias capas es la del cromado de los automviles. En el cromado la electro deposicin consta de una capa inferior de cobre, una intermedia de nquel y una capa superior de cromo.

10.2.3.1 LA ELECTRODEPOSICION DEL COBRE

En una celda electroltica se produce una reaccin redox no espontnea suministrando energa elctrica al sistema por medio de una batera o una fuente de alimentacin. La batera acta como una bomba de electrones, arrancndolos del nodo y empujndolos al interior del ctodo. Dentro de la celda, para que se mantenga la electroneutralidad, debe ocurrir un proceso que consuma electrones en el ctodo y que los genere en el nodo. Este proceso es una reaccin redox.En el ctodo tendr lugar la reduccin de un ion al aceptar ste los electrones remitidos desde el nodo, en el nodo se generan electrones debido a la oxidacin de un metal u otra sustancia. El metal sobre el que se va a producir el depsito de cobre se coloca como ctodo; en nuestro caso, un aro, una moneda, etc. El electrolito es una disolucin de sulfato de cobre (CuSO4) que aporta Cu+2. Por ltimo, el nodo es un electrodo de cobre a cuyos tomos la batera arranca electrones, cargando positivamente este electrodo y generando nuevos iones de cobre. Vase figura 9.2.La batera (generador de corriente continua) al arrancar electrones del cobre andico, ocasiona oxidacin de este metal:Cu (s) Cu2+(aq) + 2e-

Los electrones llegarn al ctodo impulsados por la batera. Una vez all, reducirn a los iones cpricos presentes en el electrolito:Cu2+(aq) + 2e-Cu (s)

De esta manera, en el ctodo se va formando un precipitado de cobre que se deposita como una fina capa de color rojizo en la superficie del aro, moneda, etc. Existe adems una relacin simple entre la cantidad de electricidad que pasa a travs de una celda electroltica y la cantidad de sustancia depositada en el ctodo. Ambas cantidades son directamente proporcionales (ley de electrlisis de Faraday).El estudio de la electrolisis lo realizo el qumico fsico britnico Michael Faraday, cuyas leyes pueden resumirse del siguiente modo:

10.2.4 PRIMERA LEY DE FARADAY

La cantidad de una sustancia depositada o disuelta que interviene en una reaccin electroltica es directamente proporcional a la cantidad de carga (intensidad de corriente y al tiempo) que fluye, es decir a la cantidad de electricidad que pasa a travs de la solucin.

Donde: Qo = Es el valor de la constante de Faraday o sea 96500 culombios / eq-g.

mo = Es el peso equiva1ente del hidrgeno.

m1 = Es la masa terica de hidrgeno producido durante la electrlisis.

10.2.5 SEGUNDA LEY DE FARADAY

La masa de diferentes sustancias producidas por el paso de la misma cantidad de electricidad es directamente proporcional a sus pesos equivalentes. Durante la electrolisis, 96500 Culombios de electricidad dan un peso equivalente de cualquier sustancia1 Faraday = 96500 Coul = 1 Eq-g XCURIOSIDADESLa primera vez que se utilizo electricidad para separar un compuesto en sus partes componentes fue en 1800, cuando un cientfico ingles llamado William Nicholson hizo pasar una corriente elctrica desde una Pila de Volta a travs de unas gotas de agua. Qued pasmado al ver que el agua desapareca, formndose en su lugar burbujas de oxgeno e hidrgeno. 10.3.-PROCEDIMIENTO

10.3.1 ELECTROLISIS DEL AGUA.- Armar el circuito mostrado en la figura 9.1

El voltmetro de Hoffman debe contener agua acidulada con cido sulfrico al 5% para facilitar el paso de la electricidad.

Conectar el circuito y esperar a que la reaccin transcurra (como mximo 20 minutos) medir el tiempo, la intensidad de corriente elctrica, temperatura ambiente y las alturas (H1, H2) de los gases formados (gas Oxigeno y gas Hidrogeno) en el voltametro de Hoffman.10.3.2 DEPOSICION ELECTROLITICA DE UN METAL Disponer una celda electroltica, como se indica en la Fig. 9.2, con una solucin electroltica de CuSO4 0.5 M.

Pesar los electrodos antes de la electrolisis, los electrodos deben ser uno de cobre y una moneda u otro material conductor, deben estar perfectamente fijos.

Conectar el circuito y esperar que la reaccin transcurra ( debe medirse el tiempo y la intensidad de corriente que circula)

Observar la electro deposicin del metal en el electrodo.

El tiempo de duracin de la electrlisis no debe ser mayor a 5 minutos. Desconectar el circuito, pesar los electrodos una vez secos.

10.4 MATERIALES1. Fuente de corriente contina.2. Cables con conectores.

3. Multitester.

4. Termmetro.

5. Pipeta graduada de 10 cm3.

6. Electrodo de Cu, Zn, Fe

7. Matraz aforado de 250 cm3.

8. Vaso de precipitado de 250 cm3.

9. Piceta.

10. Cepillo

11. Balanza.

12. Vidrio de reloj.

13. Cronometro

10.5 REACTIVOS

1. Agua Destilada

2. cido Sulfrico

3. Sulfato de cobre

10.6.- BIBLIOORAFA.

CAIRO, R. Tcnica del plateado electroltico. Editorial Cedel (1980)

MASTERTON, WILLIAM I. & SLOWINSKI, EMIL. J. Qumica General Superior. Editorial Interamericana (1978)

MONTECINOS, EDGAR & MONTECINOS, JOSE Qumica General. Prcticas de Laboratorio. La Paz. (1989)

A. Alvarez, F Yujra & J. Valenzuela Practicas de Laboratorio de Qumica General, La Paz 1987LONGO FREDERICK, Qumica general, Editorial Mc Graw Hill 1976apuntes.rincondelvago.com/electrolisis_2.html - 21k

www.fisicanet.com.ar/quimica/q1_electrolisis.php - 22k

Fig. 9.1 Voltametro de Hofman

Fig. 9.2 Electro deposicin del cobre10.7.- CUESTIONAR1O.

Este cuestionario deber ser entregado con las respuestas completas como requisito indispensable para ingresar a la prctica.

10.7.1.- Defina los siguientes conceptos:

1ra Ley de Faraday.

2da Ley de Faraday

Electrolito.

Intensidad de corriente

ANODO.

CATODO.

Celda Galvanica

Oxidacin

Reduccin

Electro deposicin.

10.7.2.- Que cantidad de electricidad ha pasado por un sistema si l intensidad de corriente se mantiene en 230 mA durante 15 minutos?

10.7.3.- Que peso de Plata se depositar en el proceso de electrlisis si circula una corriente de 120 mA durante 15 minutos?

10.7.4.- Que peso de cobre se desprender en el nodo si circula una corriente de 270 mA durante 15 minutos?

10.7.5.- Que masa de hidrgeno se desprender en el proceso de electrlisis del agua si circula una corriente de 270 mA durante 15 minutos?

10.7.6.- Que masa de oxgeno se desprender en el proceso de electrlisis del agua si circula una corriente de 270 mA durante 15 minutos?

PRACTICA N 10ELECTROQUIMICA

ELECTROLISIS Y LEYES DE FARADAYNOMBRE

GRUPO. CARRERA.

NOTA

10.8.- INFORME DE LA PRCTICA.-

Registre los datos de la prctica en el siguiente cuadro.A) ELECTROLISIS DEL AGUA.-

Registre los datos de la prctica en el siguiente cuadro:

INTENSIDAD DE CORRIENTE (mA):

TIEMPO DE ELECTROLISIS (s):

TEMPERATURA AMBIENTE (C):

VOLUMEN DE HIDROGENO (cm3):

PRESION MANOMETRICA DEL HIDROGENO:

VOLUMEN DE OXIGENO (cm3):

PRESION MANOMETR1CA DEL OXIGENO

:

1. Calcular la carga total transferida en cada experiencia mediante la relacin:

Q = I * t

Donde: Q es la carga en Culombios, I la intensidad en Amperios y t el tiempo en segundos.2. Calcular la masa de hidrgeno que se ha producido aplicando la primera ley de Faraday.

3. Calcular la masa experimental de hidrgeno producida empleando lo ecuacin general de los gases en los condiciones de volumen, temperatura y presin del sistema de la experiencia.

4. Obtener experimentalmente la constante de faraday (Qo) y cual es su porcentaje de error

5. Determinar el error entre el valor terico y el prctico o experimental.

6. Repetir todos los clculos para el oxgeno.

B) Electro deposicin del Cobre.- INTENSIDAD DE CORRIENTE (mA):

TIEMPO DE ELECTROLISIS (s):

PESO ANODO INICIAL (g):

PESO CATODO INICIAL (g):

PESO ANODO FINAL(g):

PESO CATODO FINAL(g):

CONCENTRACION DEL ELECTROLITO

1. Empleando la primera ley de Faraday, calcular la cantidad de cobre depositada en el ctodo, repetir para la masa liberada en el nodo, Coinciden estos valores? Explique.

2. Indicar el porcentaje de error, del valor experimental (como se determina este valor?) respecto del terico (como se determina este valor?).

3. Indicar y explicar las probables fuentes de error de este experimento.alcular lo mcse araday quc15 mItivos:

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