Laboratorio 8 Quimica (1)

UNIVERSIDAD DE LA SABANA FACULTAD FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIE RÍA INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN AGROINSDUSTRIAL E INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL II ANÁLISIS Figura 1. Ce!a !e Da"ie

Tomada de: https://es.wikipedia.org/wiki/Pila_Daniell

El primer procedimiento de la practica experimental consistió en la construcción de una celda electroquím electroquímica ica asada en la reacción reacción redox entre el !inc met"lico met"lico # el ion core $% en disolución disolución acuosa. &a reacción gloal que se presenta en esta celda es la siguiente +2 +2 '() Zn( s) + Cu ( ac ) → Zn ( ac )+ Cu( s) o

−¿ E ¿ =−0,76 V  *xidación '+nodo) +2 ¿ Zn( ) → Zn ( ) + 2 e −¿ → Cu( ) E ¿= 0,34 V  ,educción '-"todo) +2 ¿ Cu ( ) + 2 e  E = 0,34 V −(−0,76 V  ) s

'(.%)

ac

o

s

'(.)

ac

o

CELDA 

 E

o

=1,10 V 

CELDA 

El potencial de reducción est"ndar de esta celda se calcula a partir de los potenciales de reducción est"ndar de las semiceldas con ase a su potencial con respecto al electrodo est"ndar  de hidrogeno 'EE0). En la pr"ctica al reali!ar este proceso proceso el multímetro arro1a un 2alor de 345 6 camio que puede deerse a errores cuantitati2os en la preparación pre2ia de las soluciones o por  otro lado e2idencia que la reacción #a ha iniciado # #a no se encuentra en condiciones normales. 7 medida que el 8inc se oxida en el "nodo los electrones quedan lires # 9lu#en a tra2s del circuito externo hacia el c"todo donde se consumen paralelamente a la reduccion del -ore %$. -on el 9uncionamiento de la celda con9orme el 8inc se oxida el electrodo del mismo pierde masa # la concentración 8inc %$ en la solución aumenta. El electrodo de -ore gana masa # la solución de -ore %$ se hace menos concentrada a medida que los iones -ore %$ se reducen a -ore metalico. &os electrones 9lu#en desde el !inc met"lico hasta los i ones de core deido a que que el el ( !inc es un agente reductor mas 9uerte que el core  por lo tanto la tendencia de este 9lu1o es natura natural.l. &a corrie corriente nte elctri elctrica ca 9lu#e 9lu#e espont espont"ne "neame amente nte del "nodo "nodo al c"todo c"todo porque porque ha# una di9erencia de potencial elctrico entre los electrodos.

Posteriormente se camio la semicelda de core por una semicelda de hierro. +2

+2

Zn( s) + Fe ( ac) → Zn ( ac ) + Fe( s)

'%) o

−¿  E ¿ =−0,76 V  +2 ¿ *xidación '+nodo) Zn( ) → Zn ( ) + 2 e −¿ → Fe( ) E ¿ =−0,44 V  ,educción '-"todo) +2 ¿  Fe ( ) + 2 e =−0,44 V  −(−0,76 V  ) = 0,32 V  s

'%.%)

ac

o

s

'%.)

ac

 E  E

o CELDA o

CELDA 

El 2alor otenido experimentalmente 9ue de 34 6 se conclu#e que #a se ha comen!ado el 9lu1o de electrones del "nodo la oxidación del !inc disminu#e la masa de la lamina de 8inc aumentando la concentración del 8inc %$) hacia el c"todo ' se produce la reducción de los iones de 0ierro %$ los cuales disminu#en su concentración aumentado a su 2e! la masa del tornillo de 0ierro) Posteriormente se intercamia la semicelda de 8inc por la de core  Fe( s)

+ Cu+2(

ac

) → Fe

+2

( ac )

+ Cu(

s

)

')

o

−¿  E ¿ =−0,44 V  +2 ¿ *xidación '+nodo)  Fe( ) → Fe ( ) + 2 e −¿ → Cu( ) E ¿= 0,34 V  ,educción '-"todo) +2 ¿ Cu ( ) + 2 e  E = 0,34 V −(−0,44 V )  E = 0,78 V  s

'.()

ac

o

s

'.%)

ac

o

CELDA 

o

CELDA 

En la pr"ctica el multímetro registra un 2alor de 3;% 6 a ra!ón de que el proceso de oxidación< reducción presente en las semiceldas # el 9lu1o electrónico del "nodo al c"todo inició esta reacción comprende la reducción del core %$ el cual disminu#e la concentración de este ion aumentando la masa del core sólido tamin a1a la masa del hierro met"lico # por ende incrementa la concentración del hierro %$ en solución a causa de la oxidación. Paso a seguir consta en el camio en la celda intercamiando en la semicelda de core la 2arilla por el tornillo de hierro # 1unto con esta la semicelda de 8inc tomando un potencial de 34= 6 a ni2el general la celda traa1a con la reacción inicial de 8inc # -ore # al mismo tiempo en la semicelda de -ore se experimenta una reacción adicional entre el 0ierro met"lico # el -ore %$ representada en la reacción >. en donde el core %$ se reduce a core sólido el cual recure la super9icie del tornillo de hierro # de 9orma complementaria el 0ierro met"lico se oxida produciendo 0ierro %$ en la solución del core %$. Esta reacción en la semicelda de -ore a9ecta el potencial de la celda gal2"nica consecuencia de que la 9uer!a electromotri! generada por la oxidación del 8inc esta siendo empleada para lle2ar a cao la oxidación del 0ierro met"lico a partir del ion core $%. ?eguidamente se retira la semicelda de -ore de1ando en el 2aso de precipitados @nicamente la semicelda de 8inc aislando la semicelda de core de la solución del >itrato de Potasio 'Puente salino) registr"ndose un 2olta1e de 33 a causa de que la solución del core %$ no se encuentra en

contacto con el puente salino # por ende no se pueden equilirar las cargas en las semiceldas lo que conlle2a a que la trans9erencia de electrones no ocurra. -onsecuti2amente en un 2aso de precipitado se colocan A3 m& de la solución de >itrato de -ore introduciendo la lamina de 8inc 1unto a la 2arilla de -ore en este procedimiento se registro un 2olta1e de 3%= 6. ?e dee tener en cuenta que el 2alor esperado es de 33 6 #a que los electrodos est"n en contacto directo con la solución de core %$ lo que causa que no ha#a un 9lu1o de electrones generando la no existencia de los productos de la reacción original el 2olta1e registrado experimentalmente puede deerse a que existió un 9lu1o de electrones en cantidad mínima siendo la 9uer!a electromotri! min@scula. Por ultimo en la solución anterior solamente permanece la lamina de 8inc po r cinco minutos m"s al sacar la lamina se oser2a que la parte sumergida se encuentra cuierta por la reducción del core %$ a core met"lico de manera an"loga la lamina de !inc se oxida produciendo en la solución !inc %$ procedimiento representado por la ecuación >.(. El segundo procedimiento consistió en la adición de amoniaco B C a la solución de sul9ato de core 3( C hasta 9ormar el ion comple1o tetramincore. &a ecuación de esta reacción es la siguiente  NH 

(¿¿ 3 ) [¿¿ 4 ]+2( ) ¿ +2 Cu ( ) + 4  NH 3( Cu

ac

ac

ac

)⇌

¿

 7l presentarse un equilirio químico en la 9ormación de productos siguen presentes en solución los productos. &a adición del amoniaco a la solución que contiene los iones core $% genera un camio en el color de la solución torn"ndose de a!ul claro a a!ul re# indicando que la 9ormación del ion comple1o tetramincore # por lo tanto su concentración aumentara ascendentemente. ?eg@n la ecuación de >ernst es posile determinar el potencial de la celda a1o condiciones est"ndar se e2idencia en este procedimiento que dicho potencial disminu#e con respecto al inicial # se dee a la diminución de la concentración de los reacti2os %. Dee considerarse que la reacción gloal que se lle2a a cao corresponde a la >. ( # que por lo tanto el camio en la concentración del ion core $% se 2e a9ectado directamente por el equilirio anterior.  ECELDA = E

O CELDA

−

0,0257 V  n

 [ Productos ] [ Reactivos ]

∙ ln

El cociente de un denominador de magnitud ma#or al denominador genera un 2alor ma#or a ( # posteriormente la operación aplicada al logaritmo natural ocasiona un numero consideralemente mas pequeo. Finalmente la operación de sustracción entre el potencial a1o condiciones est"ndar  # el numero resultante '6alor menor a este) determina que el potencial disminu#e. En la gra9ica ( se e2idencia el camio de potencial de la celda a medida que el amoniaco es agregado a la solución del ion core $%.

Potencial de la celda con respecto a la adición de >0

6olta1e '6)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

6olumen adicionado de amoniaco 'm&)

Gra#i$a 1. P%&e"$ia !e a $e!a a 'ar&ir !e $a()i% !e a $%"$e"&ra$i*". En ultima instancia a la solución de ion core $% se le agrega el sul9uro de sodio # es producido un precipitado de sul9uro de core característico por su color negro. &a reacción que se presenta es +2 Cu ( ac )

−¿ → Cu(

+ S−2(

ac

) → CuS ( s)

o

 E ¿= 0,34 V 

s)

+2

Cu (ac ) + 2 e

¿

 ,educción '-"todo)

o

−¿  E ¿=−0,476 V    *xidación '+nodo) −2 ¿ S ( ) → S( )+ 2 e ac

s

Esta reacción se 9undamenta en la concentración resultante del ion core $% del equilirio anterior. El sul9uro de sodio act@a como un reacti2o limitante para generar que este ion disminu#a su concentración consideralemente # consecuentemente el potencial de la celda se redu!ca de manera proporcional. De igual 9orma el potencial esta determinado por la reacción >. ( a pesar de que se este dando un proceso de oxidoernst. El 2alor de dicho cociente llega hasta un punto critico en donde la reacción puede pasar de ser espontanea a no espontanea deido al 2alor de dicho potencial. En la gra9ica posterior se puede oser2ar el camio del potencial en este proceso. Potencial de la celda con respecto a la adicion de >a%? ( 3.5 3.B

6olta1e '6) 3.= 3.% 3

3

(

%



=

A

B

;

6olumen de sul9uro de sodio 'm&)

Gra#i$a +. P%&e"$ia !e a $e!a a 'ar&ir !e $a()i% !e a $%"$e"&ra$i*".

CONCLUSIONES •

•

•

&a e9icacia de las celdas electroquímicas dependen directamente de la presencia de los reacti2os en los electrodos o semiceldas deido a que se garanti!a la 9ormación de los productos para que los procesos de oxidoernst.

BIBLIOGRAFÍA (. Gurdge H. '%3((). Chemistry . '%I ed.). Editorial CcJraw K 0ill. 'p. 5%). %. Grown &eCa# Gursten L Curph#. '%334). Química: La Ciencia Central . '((I ed.). 'P. 0. Mnc. Trad.). Pearson Education. 'p. 5BB). . 7!u9re. 's. 9.). ,ecuperado el 5 de Ca#o %3(B de Periodni: http://www.periodni.com/es/s.html