Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán

Ingeniería Química

Laboratorio de Química Analítica III

“Reporte experimental”

Práctica 3. Electrogravimetria: electrodeposición de una mezcla de Cu (II) Y Ni (II).

Grupo: 1601 Semestre: 2016-I

Alumnos:

González Robledo Jennifer Ariadne

Hernández Jiménez Jessica Liliana

Hernández Pérez Cinthya

Ramírez Torres Ana Lilia

Pérez Martínez Angélica Noemí

Fecha: 02 de septiembre del 2015

Introducción

La Electrogravimetría es una técnica donde se utiliza el pasaje de corriente para separar cuantitativamente uno o mas de los iones en solución por precipitación sobre uno de los electrodos.

Luego, la cantidad de iones en la solución original se obtiene no de una medida eléctrica, sino por pesada del electrodo con el precipitado que contiene nuestros analitos.

Este es un método de análisis cuantitativo, se basa en el fenómeno de la electrolisis y consiste en electrolizar una solución de la muestra que se va a analizar, la cual se deposita cuantitativamente en los electrodos de la celda electrolítica. Esta electrolisis se realiza usando electrodos de gran superficie en soluciones bien agitadas hasta una deposición completa. En la práctica, el electrodo sobre el que se deposita la especie electroactiva, se pesa antes y después de la electrolisis, la diferencia de masa producida por el material depositado conduce al resultado final.

La coulombimetria es una técnica donde se utliza el pasaje de corriente para depositar cuantitativamente uno o mas de los iones en solución obteniendo , obteniéndolo bajo una única forma en uno de los electrodos que fue previamente tratado.

Esta tecnica determina la cantidad de materia transformada en una reacción de electrólisis midiendo la cantidad de electricidad (en coulombios) consumida o producida.

En esta practica experimental se pretendio llevar a cabo la electrodeposiocion de una mezcla de Cu (II) y Ni (II) por medio de la tecnica de la electrogravimetria que al igual que en la coulombimetría, en este método se requiere circulación neta de corriente y, para ello, la solución debe ser de alta conductividad. Normalmente se agrega un electrolito soporte que provee de iones para que circule un valor de corriente suficientemente alto y facilite el establecimiento de la electroneutralidad.

El equipo que se utilizará cuenta con un electrodo de trabajo en forma de malla cilíndrica de Pt, mientras que el contraelectrodo es un alambre de Pt espiralado que se dispone en el interior del electrodo de trabajo y gira actuando como agitador.

Objetivos:

Identificar las diferentes técnicas para llevar a cabo una electrodeposicion asi como sus principios fundamentales en que se basan estas técnicas.

Determinar el metodo electrogravimetrico que permita llevar a cabo la separacion cuantitativa de una mezcla de cationes ,en disolucion acuosa.

Evaluar si la electrodeposicion se realiza con rendimiento adecuado para fines cuantitativos.

Procedimiento experimental

Resultados

Preparación de soluciones:

¿ (SO4 ) ∙6H 2O

Masa de reactivo analítico de Sulfato Niqueloso sextahidratado

Datos Incógnita

Desarrollo Resultado

Formula química

NiSO4 Gramos a pesar de NiSO4

100mLNiSO 4( 0.01mmol1mL )( 262.86mgNiSO4

1mmolNiSO4)( 100 gRA98mg NiSO4

)=268 mg RA

0.682gRA

Peso Molecular (g/mol)

262.86 g/mol

Pureza 98%

Volumen de disolución (mL)

100 mL

Concentración [M]

0.01 M

Obteniendo como peso real de Sulfato Niqueloso 0.268 g reales

Cu (NO3 )2 ∙3H 2O

Masa de reactivo analítico de Nitrato cúprico trihidratado

Datos Incógnita

Desarrollo Resultado

Formula química

Cu ¿ Gramos a pesar de Cu ¿

100mLCu ¿ =31.82 mg RA

Peso Molecular (g/mol)

241.604 g/mol

Pureza 99.9%

Volumen de disolución (mL)

100 mL

Concentración [M]

0.01 M

De los cuales se obtuvieron como gramos reales 29mg de Nitrato Cúprico

Los pesos registrados para los electrodos fueron los siguientes:

Peso Inicial (gr) Peso Final (gr)

Ánodo 1 12.957

Ánodo 2 13.348

Cátodo 1 14.996 15.024

Cátodo 2 10.938 10.976

Análisis de Resultados

Para poder observar los depósitos de los materiales correspondfientes se llevaron a cabo reacciones.

Las reacciones electroquímicas que se llevaron a cabo en los electrodos fueron las siguientes:

Electrodeposición de Cobre

Intensidad controlada

Condiciones de trabajo 0.5 A Condiciones ácidas

La reacción se ve representada en la escala de potenciales siguiente

Cu2+¿/Cu0=0.095 E°¿

Cu2+¿+2e−¿↔C u0Reducción ( llevadaa cabo enel ánodo )¿ ¿

2H 2O↔O2+4e−¿+4 H +¿Oxidación (llevada acabo enel cátodo )¿ ¿

Por lo que la reacción del electrodo

Cu2+¿¿

Cu0

0.095

O2

H 2O

Muroácido

0.985

−0.245

H 20

H+¿¿

Obteniendo la reacción electroquimica a partir de la suma de las semi-reacciones

¿

2H 2O↔O2+4e−¿+4 H +¿¿ ¿

2H 2O+2Cu2+¿+4e−¿↔ 2C u0+O 2+4 e−¿+4 H+¿¿¿¿¿

Potencial controlado

Condiciones de trabajo -300 MvCondiciones ácidas

Para potencial controlado se utiliza la misma ecuación electroquímica.

A. Electrodeposición de Niquel

Intensidad controlada

Condiciones de trabajo 0.6 ACondiciones básicas + exceso

La reacción se ve representada en la escala de potenciales siguiente

¿2+¿

¿0=−0.495 E° ¿

¿2+¿+2e−¿↔¿0Reducción (llevada a cabo enel ánodo) ¿ ¿

2H 2O↔O2+4e−¿+4 H +¿Oxidación (llevada acabo enel cátodo )¿ ¿

Por lo que la reacción del electrodo

Cu2+¿¿

Cu0

0.095

O2

H 2O

0.985

−0.245

H 20

H+¿¿

¿2+¿¿

−0.4 95

¿0

*Se elimina el muro ácido con el amoniaco*

Obteniendo la reacción electroquimica a partir de la suma de las semi-reacciones

¿

2H 2O↔O2+4e−¿+4 H +¿¿ ¿

2H 2O+2¿2+¿+4e−¿↔2 ¿0+O 2+4 e−¿+4 H+ ¿¿¿ ¿¿

Potencial controlado

Condiciones de trabajo -1350 mVCondiciones básicas + exceso

Es lo mismo que en intensidad controlada.

Control de pH

Para justificar el medio ácido o básico es necesario retomar las escalas construidas anteriormente; para el caso de el medio ácido podemos observar que al agregar el H 2SO 4 se forma un muro entre el potencial del niquel y el cobre lo que nos permite cuantificar el cobre solamente, en la electrodeposición. Al tener menor potencial estándar es una reacción menos espontánea puesto que la eergía requerida para revertir el sistema es menor que la del par redox Niquel.

Al agregar amoníaco para electrodepositar Niquel se está rompiendo el muro estabelcido por la ligera acidificación del Cobre. Sus funciones son las siguientes:

Neutralizar el medio ácido en el que se encontraba al reducir al Cobre Romper el muro Establecido en la oxidación del agua, se agrega un

exceso de Amoníaco pues al transcurrir el tiempo y conforme se observa en la siguiente ecuación, se acidifica aún más la solución

2H 2O↔O2+4e−¿+4 H +¿¿ ¿

Mediante el control de pH podemos depositar cada metal, pues cada metal al tener el potencial estándar diferente y con un amplio grado de diferencia, se puede proponer una forma para separarlas o mantenerlas en solución para depositar el otro metal.

Condiciones experimentales seguidas en la técnica

Las condiciones experimentales en ésta técnica son que se utiliza el pasaje de corriente para separar cuantitativamente uno o mas de los iones en solución por precipitación sobre uno de los electrodos.

La cantidad de iones en la solución original se obtiene por pesada del electrodo con el precipitado que contiene nuestros analitos.

Para este tipo de experimentos se requiere el cumplimiento de una serie de requisitos:

-El electrodo en donde se deposita el analito deberá ser tratado previamente al comienzo del experimento. La limpieza del mismo debería ser sencilla y lo mas rapida posible para evitar perder tiempo en este tratamiento.

- El precipitado debe formarse de tal manera que se encuentre firmemente adherido al electrodo para que no se pierda durante el secado o la manipulación posterior.

-Las reacciones de desprendimiento de gases hacen que los precipitados metálicos sean esponjosos o directamente granulado y débilmente adherido. En algunos casos suele observarse partículas de precipitado que caen del electrodo aún durante el depósito.

- El analito debe depositarse bajo una única forma química. Esta condición es indispensable ya que se obtendrá el peso del precipitado.

-Al igual que en la coulombimetría, en este método se requiere circulación neta de corriente y, para ello, la solución debe ser de alta conductividad. Normalmente se agrega un electrolito soporte que provee de iones para que circule un valor de corriente suficientemente alto y facilite el establecimiento de la electroneutralidad.

-El equipo que se utilizará cuenta con un electrodo de trabajo en forma de malla cilíndrica de Pt, mientras que el contraelectrodo es un alambre de Pt espiralado que se dispone en el interior del electrodo de trabajo y gira actuando como agitador.

-La necesidad de lograr depósitos masivos y adheridos requiere que la geometría de los electrodos sea tal que se generen campos eléctricos homogeneos.

Influencia de la composicion del electrolito en la cuantitividad del electrodeposito

Los procesos de electrodeposición incluyen cambios de especies iónicas a especiesatómicas, de modo que una energía definida y un voltaje de descomposición sonrequeridos, los requerimientos de voltaje teórico pueden ser calculados a partir delpotencial estándar de la reacción total de celda y las actividades de los iones en soluciónes decir:

E=E°− RTzFln ¿¿

 Además de este potencial de descomposición teórico, la producción de oxigeno gaseosoen el ánodo requiere un sobrevoltaje significativo. De igual modo, se requiere un potencial extra debido a la caída de voltaje en el electrolito, polarización y conexionesen el ánodo y cátodo.El voltaje total de celda para electrodeposición está en el rango de 2 - 2.5 voltios, segúnla densidad de corriente y la temperatura del electrolito.

Por otro lado la energía de esta reacción es la que impulsa la corriente eléctrica y crea la fuerza electromotriz. La fuerza electromotriz depende de la temperatura y de las concentraciones de las sustancias reaccionantes. La fuerza electromotriz es tanto mayor cuanto más concentrado es el ácido y tanto menor cuanto más concentrada la sal, porque el aumento de la concentración de iones de la sal desplaza el equilibrio hacia la izquierda. La fuerza electromotriz depende de los logaritmos de las concentraciones.

Método a potencial controlado:valores de potencial controlados en el cátodo

Antes que nada se requiere separar el Cu (II) sin llegar a depositar el Ni(II) y tomando en cuenta las ecuaciones de potencial para ambos pares y las concentraciones al inicio para cobre y níquel:

Cu2+¿+2e−¿❑

↔Cuo reaccionenel catodo ;reducción¿

¿

2H 20❑↔O2+4H+¿+4e−¿reaccion enel anodo ;oxidación .¿¿

Cuando se agrega el ácido sulfúrico, se crea el muro de reducción y por lo tanto se proteger al níquel en la solución, Así pues, no se depositara el níquel en el cátodo, por el otro lado el cobre sí lo hará, ya que el medio acido tiene un potencial entre el níquel y el cobre de -0.495 a 0.095 V , por lo tanto al aplicar el potencial de -0.3V no alcanza el valor del níquel, pero es suficiente para depositar el cobre

E V

O2

H2O

Cu2+

Cuo

Ni2+

Nio

-0.495 0.095 0.985

H+

H2o

-0.245

Muro de reducción

De igual forma se utilizan ciertos potenciales que al ser reacciones redox espontaneas (Niquel) o no espontaneas (Cobre) se utilizan valores grandes o pequeños de potenciales.

Porcentaje de metal electrodepositado

Para conocer el porcentaje de metal depositado es necesario recalcular las concentraciones

Cobre

Concentración real de reactivo analítico de Nitrato cúprico trihidratado

Datos Incógnita Desarrollo Resultado

Formula química

Cu ¿ Concentración real Cu ¿

240mgRA ¿ =0.0099 M

Peso Molecular (g/mol)

241.604 g/mol

Pureza 99.9%

Volumen de disolución (mL)

100 mL

Concentración [M]

0.0099mmolml

∗50ml [ 63.54mgdeCu1mmol deCu ]=31.528mgdeCuEl cual corresponde al peso teórico de Cu elemental en cada electrodo

Peso inicial (g) Peso final (g) ∆Peso (mg)E=cte 14.996 15.024 28i=cte 10.938 10.967 29

Por lo que el peso en Intensidad constante es el que mayor cercanía es el de intensidad constante. Pues se llevo a cabo la deposición a un menor tiempo que en el de potencial constante.

Niquel

Concentración real de reactivo analítico de Sulfato Niqueloso sextahidratado

Datos Incógnita Desarrollo Resultado

Formula química

NiSO4Concentración

real NiSO4

268mg RA( 1mmolNi SO4

262.86mg∋SO 4)( 98mg∋SO4

100mg RA )( 1100ml )

=0.01 M

Peso Molecular (g/mol)

262.86 g/mol

Pureza 98%

Volumen de disolución (mL)

100 mL

Concentración [M]

0.01mmolml

∗50ml∗¿

Lo que representa que se tiene que depositar 29 mg de Niquel. No se realizó está electrodepocisión solo se procedió a comprobar que había Niquel en la solución, con amoníaco concentrado y Dimetil glioxima.

Esquema para electrodeposiciones

Conclusiones

Bibliografía

Sánchez Batanero ,P. Quimica ElectroanalÍtica: fundamentos y aplicaciones, editorial Alhambra

Charlot,G. “Las reacciones electroquímicas “,Toray-Masson,Barcelona (España)

Harris ,D.C. “Análisis químico cuantitativo” Iberoamericana ,México 1992