0eterminar la e5iciencia de operaci%n de di5erentes culombímetros conectados en serie por comparaci%n de las masas experimentales de los productos primarios obtenidos por electrolisis en corriente directa con respecto a la predicci%n de /arada*. Objetivos específicos
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Identi5icar 1 tipos de culombímetros. 0eterminar las reacciones electroquímicas de oxidaci%n * de reducci%n de cada culombímetro. ,onstruir un circuito electroquímico compuesto por los 1 culombímetros conectados en serie. )elacionar la cantidad de masa producida =s%lido> líquido> gas? durante la electrolisis con la cantidad de masa te%rica calculada a partir de la cantidad de electricidad consumida. Introducción
Los líquidos son conductores de la corriente eléctrica =electr%litos> conductores de segunda clase? si> ba-o la acci%n de un campo eléctrico externo> puede e5ectuarse en ellas el movimiento ordenado de los iones. El movimiento ordenado de los iones en los líquidos conductores se produce en el campo eléctrico creado por los electrodos> o sea conductores unidos a los polos de una 5uente de energía eléctrica. El electrodo positivo recibe el nombre de $nodo * el negativo> el c$todo. Los iones positivos =cationes? se mueven 9acia el c$todo * los iones negativos =aniones? se mueven 9acia el $nodo. La corriente eléctrica en los electr%litos va acompa(ada del 5en%meno de la @i electrolisis> desprendimiento en los electrodos de las partes componentes de las sustancias disueltas o de otras> resultantes de reacciones secundarias en los electrodos.
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Pr$ctica no. 4 :LE;ES 0E /A)A0A;<
,BN,EP+B 0E LA LE; 0E LA ELE,+)CLISIS 0E /A)A0A; La corriente eléctrica en los electr%litos va acompa(ada del 5en%meno de la electr%lisis> desprendimiento en los electrodos de las partes componentes de las sustancias disueltas o de otras> resultantes de reacciones secundarias en los electrodos. Este 5en%meno se rige por las le*es de /arada* LE;ES 0E /A)A0A; Primera le* de /arada* (primera ley de la electrólisis) La masa & de sustancia que se desprende en el electrodo es directamente proporcional a la carga eléctrica Q que pasa por el electr%lito si a través de éste se 9ace pasar durante el tiempo t una corriente continua de intensidad I. Segunda le* de /arada* (segunda ley de la electrólisis) La masa se las distintas sustancias depositadas o liberados durante a electrolisis es directamente proporcional a los pesos equivalentes de las sustancias al paso de D388 coulombios. 0E LA LE; 0E /A)A0A;
&F
I ∗T ∗ PM F ∗ n
0onde &Fmasa =g? IFAmpera-e=A? +Ftiempo =s? nF cambio en el nGmero de electrones trans5eridos. P&FPeso molecular =gHgmol? 2
Pr$ctica no. 4 :LE;ES 0E /A)A0A;< /Fconstante de /arada*FD388 AsHmol e
Procedimiento experimental
Para el ,oulombímetro de volumen
Li-ar los electrodos de cobre> lavarlos con agua destilada *
Secarlos * pesar uno de ellos en la balan#a
Para el ,oulombímetro
erter en el cristali#ador la soluci%n de NAB! * colocar dentro el coulombímetro de
Llenar el tubo Nernst con la de soluci%n de JI * colocar los
No apretar el tap%n *a que se debe permitir la salida de !4 que se 5orma.
Llenar con soluci%n de ,KSB un vaso de precipitados * 5i-ar los electrodos
Abrir la pin#a de &9or * succionar por la manguera> utili#ando una perrilla> la soluci%n de NAB! 9asta llenar e la columna del
Para ,oulombímetro
el de
0espués reali#ar la conexi%n de los 1 ,oulombímetros> con5orme a la /i ura No. 6. 3
,errar la pin#a * anotar
Pr$ctica no. 4 :LE;ES 0E /A)A0A;<
Material y equipo
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6 bureta de 38 ml
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6 pin#a para bureta
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6 matra# Erlenme*er de 438 ml
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6 cristali#ador
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1 vasos de precipitados de 438 ml
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6 coulombímetro de peso
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6 coulombímetro de volumen
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6 coulombímetro de titulaci%n
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6 amperímetro an$logo o digital
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6 cron%metro
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6 5uente de ,0
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6 balan#a analítica
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6 estu5a
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1 laminillas de cobre de 4.3x1 cm
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4 varias de acero inoxidable de 43 cm
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4 varillas de acero inoxidable de 3 cm
SUST!"IS # SO$U"IO!%S& •
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Alco9ol etílico absoluto Soluci%n de sul5ato de cobre =638gHl?Metanol =38ccHl?M $cido sul5Grico a D7 =3ccHl?
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Soluci%n de 9idr%xido de sodio 63 gHl
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Soluci%n de *oduro de potasio 688 gHl
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Soluci%n de almid%n =indicador?
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Soluci%n de tiosul5ato de sodio normali#ada
Nota las soluciones son acuosas.
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Pr$ctica no. 4 :LE;ES 0E /A)A0A;<
A continuaci%n se explica gra5icamente lo que se reali#o en el laboratorio
Volumen: llenar la columna del coulombímetro. tomar el primer volumen N1 Peso: Lijar los electrodos, lavarlos y secarlos.
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Pr$ctica no. 4 :LE;ES 0E /A)A0A;<
Peso: Llenar con solución de Cu!" e instalar el coulombímetro de peso. Pesar y obtener el primer peso: M1
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%sperar y parar el tiempo en el que en la solución de "onectar todos momento los electrodos !aO' valla a ( cm del inicio de cada coulombímetro& la columna&
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Pr$ctica no. 4 :LE;ES 0E /A)A0A;<
(l terminar el tiempo, pesar nuevamente M) Vaciar un devalla $rlenmeyer solución %ue contiene &odo. ! en el momento en en %ue elmatra# o'idado a pasar toda por ellapuente.
la lectura delelnuevo volumen despla#ado N). (+re+ar unas +otas de almidón y titular con *omar tiosulato y anotar volumen +astado de este Vtio
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Pr$ctica no. 4 :LE;ES 0E /A)A0A;<
")lculos
=volts? 63
I =amp? t=seg? 8.87 367
peso inicial=g? 62.877
peso 5inal=g? 62.842
O gas =ml? 68.D
v tiosul5ato =ml? nF8.6 4.6
"ulombímetro de peso
&Fpeso=g?
m realF8.861D g mol ) eq 2 g
63.54
IFintensidad =A?
m teoricoF
(.08 amp)( 518 seg )( 96500
F8.861 +Ftiempo =s? 0.0139
nFe5iciencia =?
nF
0.01364
x688F686.77
"ulombímetro de volumen
vFvolumen QFcoulombs
PFpresi%n atmos5érica =mm!g?
+Ftiempo=s?
IFintensidad de corriente =amp?
N6Fnivel inicial N4Fnivel 5inal
nFe5iciencia =? tFtemperatura
PvFpresi%n de vapor 67 mm !g leído cd. de mexicoFN4N6 (10.9 ml )( 585 mmHg−18 mm Hg)( 273 ) realF F2.D2 (25 + 273 )( 760 mm Hg)
EQFequivalente químico del I =64.DH6? NFnormalidad tiosul5ato vFvolumen IFintensidad de corriente =amp?
a=real?F=4.6 ml?=8.6
126 .9
a teoricoF
meq ml
mg mmol 2 meq
254
?=
?H6888F 8.84D
g mol
¿ F 8.83D2 (.08 amp)( 518 seg )¿ ¿
.026649
nF
.054494
x 688F 7.D8484281
"onclusiones y Observaciones
Observaciones*
En el culombímetro de volumen se logro observar al momento de la electrolisis la corriente directa provoca que se 5ormen burbu-as de gas debido a la disociaci%n de 9idr%xido de sodio al mismo tiempo al pasar de empie#an a disipar. 9
Pr$ctica no. 4 :LE;ES 0E /A)A0A;< En el coulombímetro de peso se 9ace pasar la corriente directa> la masa se deposita en el tercer electrodo *a que este mismo es el que cierra el circuito 0onde se cierra la caga negativa por lo tanto el metal se electrodeposita a9í. El culombímetro de titulaci%n se necesita llegar al tope de las dos columnas con el agua *a que al pasar la corriente directa se empie#a a 5ormar *odo en la parte superior va de la columna electro positiva a la negativa se empie#a a ver como una especie de 9umo que se une al agua * se 5orma le ;odo líquido.
"onclusiones*
La pr$ctica se traba-o de la manera correcta por lo siguiente ,ulombímetro de peso tuvo un rendimiento por encima del 78 *a que con respecto al c$lculo te%rico de la masa electrodepositada 5ueron mu* cercanos por obviedad 5ue un poco menor la masa real porque no 9a* ningGn proceso ideal. 0e igual manera que el coulombímetro de peso el coulombímetro de volumen también tuvo un rendimiento mu* bueno por encima del 78 en comparaci%n de la masa te%rica * la pr$ctica. En el caso del ,oulombímetro de titulaci%n tuvo un rendimiento por deba-o del 38 pero podemos deducir que qui#$s la soluci%n estaba contaminada o los caimanes un poco 5lo-os o el cable mu* largo que también es una barrera para el logro de la electroslisis.
HERRERA GONZÁLEZ EDARDO!
Observaciones*
Se debe tener muc9o cuidado a la 9ora de empe#ar la experimentaci%n> principalmente a la 9ora de conectar el circuito * energi#arlo> c9ecar que todos los caimanes estén bien conectados * en su lugar> en el coloumbimetro de titulaci%n se pudo observar me-or la reacci%n de electrolisis por la coloraci%n del ;odo> el columbimetro de volumen es un poco m$s di5ícil de mane-ar *a que se debe de mantener cierto volumen lo cual es un poco di5ícil de mane-ar> de acuerdo con las le*es de /arada* las masas de los productos est$n relacionadas con la cantidad de corriente que se consume en una celda. "onclusiones*
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Pr$ctica no. 4 :LE;ES 0E /A)A0A;< En la presente pr$ctica se monta un sistema electroquímico compuesto de tres tipos di5erente de coulombimetros conectado en serie * sus instrumentos de medici%n. El coulombímetro es un dispositivo construido particularmente para 5acilitar la determinaci%n experimental de las masas de productos primarios 5ormados en sus electrodos mediante la aplicaci%n de las le*es que rigen los 5en%menos electroquímicos * son las Le*es de /arada*. Establecer la disociaci%n del valor determinado experimentalmente contra el esperado te%ricamente de las masas 5ormadas> permite conocer la e5iciencia del proceso electroquímico. El coulombimetro puede ser de peso> de volumen> o de titulaci%n> segGn el método de determinaci%n cuantitativa que se utili#a para los productos de las reacciones %xidoreducci%n. L"#EZ AG$LERA %$GEL ÁNGEL!
Observaciones*
0e acuerdo a los resultados obtenidos las tres determinaciones se llevaron a cabo satis5actoriamente> *a que obtuvimos e5iciencias ma*ores al 688> en dos de las determinaciones> esto tal ve# se debe al tiempo de la medici%n "onclusiones*
En esta pr$ctica reali#amos tres experimentos comprobando las le*es de /arada* que 5ue volumen> masa * titulaci%n> el cual lo conectamos en serie con una 5uente de corriente directa trans5iriendo energía en el culombímetro de volumen sucede un despla#amiento de gas el cual era una liberaci%n de ! 4> en el culombímetro de masa sucede una migraci%n de cargas en los electrodos de cobre * en el culombímetro de titulaci%n sucede una liberaci%n de *odo el cual nos indica que se est$ oxidando. Los ob-etivos de la pr$ctica se cumplieron> logrando cuanti5icar la cantidad de materia que se obtuvo por electr%lisis -unto con el culombímetro que es un dispositivo de química electroanalítica o electr%nicos que se utili#an para determinar la cantidad de materia trans5ormada =en culombios?. ,on ello en la experimentaci%n * de acuerdo a nuestros resultado de los c$lculos podemos concluir que las le*es de /arada* las masas de los productos de la electrolisis est$n relacionadas con la cantidad de corriente que se consume en una celda. L"#EZ L"#EZ #R$E&O L'A %! Observaciones*
En el coulombimetro de volumen se not% que al momento de pasar la corriente el NAB! comen#% a producir gas.
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Pr$ctica no. 4 :LE;ES 0E /A)A0A;< En el coulombimetro de titulaci%n se observ% que al pasar la corriente directa a la soluci%n de JI> comen#% a producirse *odo líquido. En el coulombimetro de peso se observ% que al pasar la corriente directa producida por una 5uente en los electrodos> la masa se deposita en el tercer electrodo *a que este mismo es el que cierra el circuito.
"onclusiones*
Los ob-etivos de la pr$ctica se cumplieron *a que se pudo cuanti5icar la cantidad de materia que se obtuvo por medio de la electr%lisis pero adem$s se calcularon las e5iciencias de los coulombímetros> estas e5iciencias nos demuestran que la electr%lisis se reali#a adecuadamente * con 5orme los electrones se trans5ieren a cada coulombímetro la e5iciencia aumenta> esto es debido a la medici%n que se reali#a respecto al tiempo *a que mientras la reacci%n se siga llevando a cabo m$s iones se seguir$n generando> por medio de este practica pudimos demostrar que que las le*es de /arada*> :las masas de los productos de la electrolisis est$n relacionadas con la cantidad de corriente que se consume en una celda &OR$Z 'A&$LLO %$GEL ANGEL! Observaciones*
La electrolisis trata de los cambios químicos causados por una corriente eléctrica * de la producci%n de energía eléctrica por medio de reacciones químicas. Por su naturale#a> la electroquímica exige alguna manera de introducir una corriente de electrones en un sistema químico * también de retirarlos. En la industria se lleva a cabo el me-or método químico puede eliminar todas las impure#as. Si se coloca un par de electrodos en una disoluci%n de un electrolito =compuesto ioni#able? * se conecta una 5uente de corriente continua entre ellos Al llegar a los electrodos> los iones pueden ganar o perder electrones * trans5ormarse en $tomos neutros o moléculas la naturale#a de las reacciones del electrodo * que esto va a depender de la di5erencia de potencial o volta-e aplicado. "onclusiones*
La ma*oría de los compuestos inorg$nicos * algunos de los org$nicos se ioni#an al 5undirse o cuando se disuelven en agua u otros líquidos es decir> sus moléculas se disocian en especies químicas cargadas positiva * negativamente que tienen la propiedad de conducir la corriente eléctrica. 12
Pr$ctica no. 4 :LE;ES 0E /A)A0A;<
Las e5iciencias de los coulombímetros demuestran que la electr%lisis se reali#a adecuadamente * con 5orme los electrones se trans5ieren a cada coulombímetro> la e5iciencia aumenta> esto es debido a la medici%n que se reali#a respecto al tiempo> pues al de-ar la reacci%n que siga continuando> se siguen generando m$s iones. En esta pr$ctica cuanti5icamos las masas producidas por la electrolisis en di5erentes 5ormas peso> volumen * titulaci%n> las e5iciencias mas obtenidas son en titulaci%n * volumen> esto me dio un campo amplio de la electrolisis. +ambién conocimos las le*es de /arada* * las conocimos desde un punto químico que es di5erente desde un punto eléctrico. &RE*O +ARGA ,RAN'$'O %ANEL!
Observaciones*
Para El coulombimetro de peso se 9ace la observaci%n que al momento de pasar la corriente directa dada por una 5uente en los electrodos> la masa se deposita en el tercer electrodo *a que este mismo es el que cierra el circuito. El coulombimetro de volumen se not% que al momento de pasar la corriente directa el NAB! comen#% a producir gas que este mismo por el contenido de sal es este compuesto es un conductor de electricidad pero a su ve# este mismo se va consumiendo 9asta disiparse como gas. El coulombimetro de titulaci%n se muestra que al pasar la corriente directa a la soluci%n de JI> comen#% a producirse *odo liquido el cual este mismo es que se utili#a como titulante. "onclusiones*
!aciendo la comparaci%n entre las e5iciencias de los coulombimetros de peso * volumen en base a los c$lculos reali#ados se obtiene un rendimiento de m$s del 78 debido que al momento de calcular la masa * peso te%rico en productos primarios con respecto a la masa * el peso real resulta que 9a* un similitud por lo tanto existe un rendimiento alto >por otro lado al coulombimetro de titulaci%n tubo un rendimiento menor a 78 debido a que es el trascurso del proceso 9ubo 5actores que in5lu*eron como la medici%n no exacta del volumen 5inal obtenido * también algGn exceso en la titulaci%n . +ELÁZ-EZ %AR&NEZ DA+$D! 13
Pr$ctica no. 4 :LE;ES 0E /A)A0A;<
+iblio,rafía
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)equei-o> 0. * )equei-o A =4884?. Quimica. Editorial bios5era.
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Ira#$bal A. * de Ira#abal ,. =SHA?. Quimica. Ediciones ,BRB