UNI VERS RSI DAD DE LA COS OSTA,CUC
DEPARTAM ME ENTODE DECI ENCI ASBÁSI CAS
F A CUL T A D DEI N GE NI E RI A
ELECTROLISIS Y ELECTROQUIMICA Neidon Payares Ardila e-mail:
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Mileidys Carrillo Barranco e-mail:
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Laura Carolina Padilla Jimne! e-mail:
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"loria Bra#o $%a! e-mail:
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Resumen
T(ermoc(emistry, voltage, (eat, )ey*ords' T(ermoc(emistry, electrolytic cell, t(e cat(ode, energy, energy, t(ermal variations, galvanic.
Las experiencias del laboratorio descritas a continua continuación ción correspo corresponden nden a Electrol Electrolisis isis y Termoq Termoquími uímica ca en las cuales cuales se realizar realizaron on pruebas respectivas para la verificación, estud estudio io y deter determi minac nación ión de cada cada una una de ellas.
+, In(r In(ro oducci ucci-n Todas das las las reac reacci cion ones es quím químic icas as est! est!n n acompaadas ya sea por una absorcin o una liberacin de energía, que en general se mani&iesta como calor. #a Termoquímica es la parte de la Termodin!mica que estudia los camb cambio ios s de ener energí gía a en las las reac reacci cion ones es químicas y la 'lectrlisis es el proceso que se realia para separar los elementos de un comp compu uesto sto por med medio de la energ nergíía el"ctrica.
Para Para la realiz realizaci ación ón de la experi experienc encia ia de Electr Electroli olisis sis fue neces necesari aria a una una lámina lámina de cobre, una moneda y una pila de voltios para !acer el monta"e y una vez montado iniciar con la prueba. En el se#undo caso que es la experiencia de Termoquímica en la cual se buscaba calcular el calor de la reacción, explicita en la #uía de laboratorio se utilizó $inc en polvo y ácido clor!ídrico. clor!ídrico.
#os #os obe obeti tivo vos s de esta estas s pr!c pr!cti tica cas s son son estudiar, de manera pr!ctica, los procesos electrolít electrolíticos icos y /etermin /eterminar, ar, a partir partir de una reaccin reaccin química química las variacion variaciones es t"rmicas t"rmicas que en ella ocurren, comprobando la ley de ess respectivamente.
Termoquímica,, voltae, Pala&ras Pala&ras cla#es cla#es'' Termoquímica calor, celdas electrolíticas, c!todo, energía, variaciones t"rmicas, galv!nico.
A&s(rac( ., /und /undam amen en(o (oss TeTe-ri rico coss
#aboratory e$periences described belo% are &or 'lectr 'lectroly olysis sis and and T(er T(ermoc moc(em (emis istry try in %(ic( respective tests &or veri&ication, study and determination o& eac( %ere made.
#a electrodeposicin es el m"todo de cubrir obetos con una película &ina de otro metal. 'l principio que rige este &enmeno es la electrli electrlisis, sis, cuyo nombre procede procede de dos radica radicales les,, electr electro o que que (ace (ace re&ere re&erenci ncia a a electricidad y lisis que signi&ica ruptura. #a electrode electrodeposi posicin cin implica implica la reducci reduccin n dis dismi minu nuci cin n del del esta estado do de o$id o$idac aci in n ganancia de electrones3 de un compuesto met!lico disuelto en agua y una deposicin del metal metal resultan resultante te sobre sobre una super&ici super&icie e conductora.
To per&orm 'lectrolysis e$perience a copper &oil, a coin and a ) volt battery %as needed to do t(e installation and once mounted to t(e test log. *n t(e second case it is t(e e$peri e$perien ence ce o& T(erm T(ermoc( oc(emi emistr stry y at %(ic( %(ic( soug( soug(tt to calcul calculate ate t(e (eat (eat o& reacti reaction on,, e$pl e$plic icit it in t(e t(e lab lab guid guide e %as %as used used +inc +inc po%der and (ydroc(loric acid.
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4robablemente esta t"cnica es uno de los procesos mas compleos conocidos, debido a que (ay un gran nmero de &enmenos y variables que intervienen en el proceso total, mismos que son llevados a cabo en la super&icie de los materiales involucrados. 'n la electrodeposicin de metales, el "$ito de la operacin est! en &uncin del control de los &enmenos involucrados, por lo que es necesario mencionar los principios a los que se suetan "stos, ya que cualquier variacin en el proceso se ver! re&leada de manera signi&icativa en el resultado obtenido.
electrodo es el componente de un circuito el"ctrico que conecta el cableado del circuito a un medio conductor como un electrolito. 'l electrodo positivo es llamado !nodo y el electrodo negativo es llamado c!todo. 'l electrolito es la sustancia inica que en solucin se descompone al pasar la corriente el"ctrica.
PROCESO ELECTROL0TICO 'l proceso electrolítico consiste en (acer pasar una corriente el"ctrica a trav"s de un electrolito, entre dos electrodos conductores denominados !nodo y c!todo. /onde los cambios ocurren en los electrodos. uando conectamos los electrodos con una &uente de energía generador de corriente directa3, el electrodo que se une al polo positivo del generador es el !nodo y el electrodo que se une al polo negativo del generador es el c!todo. 9na reaccin de electrlisis puede ser considerada como el conunto de dos medias reacciones, una o$idacin andica y una reduccin catdica 4ara e$plicar las reacciones en los electrodos, se considerar! al cloruro de sodio &undido, porque slo contiene dos tipos de iones 6e utilian electrodos inertes que signi&ica que no reaccionan químicamente con los iones sodio y cloruro. #os iones de sodio ;3 o cationes, son atraídos (acia el electrodo negativo c!todo3. 'l c!todo se (ace negativo por la accin de la &uente que le bombea electrones #os electrones del c!todo est!n en un estado de elevada energía potencial. 'l ion sodio tiene carga positiva, esto signi&ica que atrae electrones y que un electrn de un !tomo de sodio tendría una menor energía potencial que un electrn del c!todo. 4or lo tanto los electrones del c!todo se desplaan (acia el catin, por di&erencia de energía potencial. 'n el c!todo los iones de sodio se convierten en !tomos de sodio por adicin de un electrn. <1=
PRINCIPIOS $E ELECTROQU0MICA #a 'lectroquímica es la ciencia que estudia el intercambio de energía química y el"ctrica que se produce por medio de una reaccin de $ido-reduccin. #a o$idacin es la p"rdida de electrones, mientras la reduccin es la ganancia de los mismos. #as reacciones de $ido-reduccin redo$3, son aquellas en donde (ay una trans&erencia de uno m!s electrones. 'lectrlisis es el nombre que recibe el proceso mediante el cual la energía el"ctrica se emplea para producir cambios químicos mediante una reaccin redo$ no espont!nea, donde se (ace pasar una corriente el"ctrica. 6e lleva a cabo en un contenedor llamado cuba electrolítica. #a electrolisis es uno de los principales m"todos químicos de separacin. #a principal ventaa del m"todo electrolítico consiste en que no es necesario aumentar la temperatura para que la reaccin tenga lugar, evit!ndose p"rdidas energ"ticas y reacciones secundarias. *ndustrialmente es uno de los procesos m!s empleados en di&erentes !reas, como por eemplo en la obtencin de elementos a partir de compuestos cloro, (idrgeno, o$ígeno3, la puri&icacin de metales el mineral met!lico se disuelve en !cido, obteni"ndose por electrlisis el metal puro3 o la realiacin de recubrimientos met!licos protectores y7o con &ines decorativos, como es el caso del niquelado. 8 continuacin se menciona la de&inicin de algunos t"rminos empleados en el proceso de electrodeposicin:
#a ley de la conservacin de la energía o primera ley de la termodin!mica establece que todas las &ormas de energía pueden intercambiarse, pero no se pueden destruir ni crear, por lo cual la energía total del universo permanece constante. ualquier
'l electro-depsito es el depsito catdico obtenido por el paso de una corriente el"ctrica en una c"lula electrolítica. 9n
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energía que un sistema pierda deber! ser ganada por el entorno y viceversa. #a energía total de un sistema o energía interna es una &uncin de estado que se de&ine como la suma de todas las energías cin"ticas y potenciales de sus partes componentes. 's imposible medirla de manera absoluta pero si se puede determinar su variacin o cambio de energía interna. 'l cambio de energía interna '3 es la di&erencia entre la energía interna del sistema al t"rmino de un proceso y la que tenía al principio. 'n una reaccin química el estado inicial se re&iere a los reactivos y el estado &inal a los productos.
la solucin de u6oE, en cada e$tremo con ayuda de cinta de enmascarar. Teniendo en cuenta que los caimanes no deben tocar con la solucin porque podría alterar el resultado. 4rocedemos a conectar los otros terminales de los caimanes a la batería de ) voltios, deamos pasar H0 min para que transcurra la reaccin, registramos las observaciones. 4asamos a pesar nuevamente el alambre de cobre y la moneda y registramos su peso. 8l reducirse el cobre se obtendr! un residuo el cual dic(o residuo &ue &iltrado y m!s tarde pesado.
Termo4u%mica' calor de una reacci-n, >' ? '&inal 'inicial A
4ara obtener el calor de una reaccin realiamos los siguientes pasos. 4rimero masamos 50g de agua llevando el proceso previo de calibrar la balana pesar el beaGer y agregamos la 50g de agua. #uego medimos la temperatura ambiente del agua. 4or otro lado tenemos un tubo de ensayo y al lado de este un termmetro, este ltimo para notar el cambio de temperatura al transcurrir la reaccin. 'n el tubo de ensayo depositamos 0,5 g de +n. #uego el tubo de ensayo q unto a este tenemos el termmetro y lo introducimos en el beaGer con los 50g de agua. 4or ultimo agregamos al tubo de ensayo Hml de !cido clor(ídrico l3 y esperamos a que se consuma el +n. Iegistramos los datos y los cambios ocurridos.
B>' ? 'productos 'reactivos uando '&inal C 'inicial, el valor de B>' es positivo, indicando que el sistema gan energía de su entorno. 6e obtiene un >' negativo cuando '&inal D 'inicial, lo que indica que el sistema cedi energía a su entorno. uando un sistema su&re un cambio &ísico o químico, cambia su energía interna. 'ste cambio est! determinado por el calor q3 agregado o liberado del sistema, m!s el trabao %3 realiado sobre o por el sistema: <2= >' ? q %
1, $esarrollo e23erimen(al Celda elec(rol%(ica,
5, C6lculos y an6lisis $e Resul(ados
4ara llevar a cabo la e$periencia y cumplir con los obetivos procedemos a: Tenemos 10 cm apro$imadamente de cobre, una moneda a cada uno de estos lo masamos en la balana granataria, anotamos su peso. 4or otro lado tenemos 100ml de u6o E a 0,1F. ontenidos en un beaGer. 'sto para el montae de la celda electrolítica. Tenemos entonces, caimanes, una batería de ) voltios, la moneda, el alambre de cobre, el beaGer con 100ml de u6oE. 4rimero de&inimos que material moneda, cobre3 ser! el !nodo y cual el c!todo. onectamos a cada materia un caim!n, luego introducimos estos dos al beaGer con
E23eriencia Elec(rolisis' $a(os' 4eso inicial del u 1,1J5g 4eso &inal del u 1.15H 4eso inicial de la moneda K,)0Jg 4eso &inal de la moneda K.)H2 8mperios: 0,005
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Tiempo: H0 min
Ho r n o El é c t r i c o : a pl i c a c i ó n i n du s t r i a l i mpor t ant e de l a el ec t r ól i s i s ,que s e ut i l i z a p ar al ap r o du c c i ó nd ea l u mi n i o ,ma gn es i oy s o di o.Enes t eh or n o,s ec al i e nt au nac ar g a d es a l e sme t á l i c a sh as t aq ues ef u nd eys e i oni z a.A c ont i nuac i ón,s edepos i t aelme t al el ec t r ol í t i c ament e.
Ieaccin atdica: −¿ → Cu ++ ¿+ 2 e
Cu
¿
¿
Ieaccin andica:
L a Ga l v a no pl a s t i ae su na a pl i c a c i ó nd el a e l e c t r ó l i s i s q ue c o ns i s t e e n l o gr a r e l r ec ubr i mi en t o el ec t r ol í t i c o d e un obj et o met ál i co con una del gada capa de ot r o me t almásr e si s t e nt eal ac or r o si ó n,c omoe l c o br e ,elo r ool a pl at a ,en t r eo t r os .L a g al v a no pl a s t i ae su s ad ap ore j e mp l oe nl a f abr i c ac i ón de j oy as y apar at os el ec t r odomés t i c os
−¿ ¿ ++ ¿+ 2 e
Cu→Cu
¿
L trans&eridos: HL Foles metal depositadas en el c!todo: 0,K g 13 7Qu a3licaciones 3r6c(icas (ienen los
3rocesos elec(rol%(icos8
E23eriencia (ermo4u%mica' I7: #a electrodeposicin: 's un proceso electroquímico en el que se usa una corriente el"ctrica para reducir cationes en una solucin acuosa que los contiene para propiciar la precipitacin de estos, que suelen ser metales, sobre un obeto conductivo que ser! el c!todo de la celda, creando un &ino recubrimiento alrededor de este con el material reducido. 'sta t"cnica se utilia para meorar la resistencia a la abrasin de un obeto, proporcionarle propiedades anticorrosivas, meorar su lubricidad o simplemente por cuestiones est"ticas entre otras
$a(os' Masa de a;ua Calor es3eci
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7$ e:em3los de a3licaciones indus(riales de es(os 3rocesos8 So daCá us t i c a :L as o daos o s ac á us t i c a( u n1. pr oduct o quí mi co i mpor t ant e par a l a f a br i c a c i ó n d e p ap el ,r a y ón y p el í c u l a f ot ogr áfi c a)s epr oduc eporl ael ec t r ól i s i sde u n ad i s o l u c i ó nd es a lc o mú ne na g ua .L a a3 r e ac c i ó np r o du c ec l o r o ys o di o .Els o di o r e ac c i o naas uv e zc o ne la gu ad el ap i l a el ec t r ol í t i c a pr oduc i endo s os ac áus t i c a.El c l or oobt eni dos eut i l i z aenl af abr i c ac i ónde pas t a de mader a y papel .
50g 1,00 cal7gT 25M 2JM HM
150 cal
Es(a&le!ca la ecuaci-n &alanceada 3ara la reacci-n y calcule: 2 HCl + Zn→ZnCl 2 + H 2 'l calor desprendido. /e acuerdo al principio de calorimetría tenemos que:
Qg + Qc = 0 'ntonces
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6i l es el reactivo limite
Q g =Q c /onde
1,3 g
Ng es calor ganado Nc es calor cedido.
6i +n es el Ieactivo límite:
'l calor ganado por el agua ? masa del agua $ el calor especi&ico $ /i&erencia de temperatura.
0,5 g
4ara el l en concentracin KF
'l nmero de moles de c inc y de !cido clor(ídrico, que reaccionaron.
Vol =10 ml g= M ∗V ( L )∗ pm L∗36,5 g = 2,19 g HCl g=6 M ∗0,01 mol
/e acuerdo a la ecuacin balanceada los moles de cinc que reaccionaron &ue 1 mol +n y moles de l &ueron 2 moles.
'cuacin Qalanceada
Es(a&le!ca> median(e c6lculos el reac(i#o l%mi(e y el reac(i#o en e2ceso 3ara las dos concen(raciones del 6cido clor?%drico, 2.
2 HCl + Zn→ZnCl 2 + H 2 72 g + 6,37 g → 136,27 g + 2 g 2,29 g + 0,5 g → ? + ?
4ara el l en concentracin HOP
6i l es el reactivo límite:
2 HCl + Zn→ZnCl 2 + H 2 72 g + 6,37 g → 136,27 g + 2 g
D=
1,18 g
ml
;
Zn∗72 gHCl = 0,55 g HCl 65,37 g Zn
/e acuerdo a los datos obtenidos podemos decir que el +n es el reactivo límite ya que se consume m!s r!pido utiliando el l al HOP de purea.
Q g =ma∗Ca∗∆ T Cal ∗3 °C Q g =50 g∗1 g °C Q g =150 cal b3
HCl∗65,37 g Zn = 1,18 gZn 72 g HCl
2,19 g
p =37 P
HCl∗65,37 gZn = 1,98 gZn 72 g HCl
6i +n es el reactivo límite:
9tiliando la &rmula de molaridad:
0,5 g
p ∗10 P M = pm 1,18 g / ml∗ 37 ∗10 M = =11,96 36,5 g / mol D∗
Zn∗72 gHCl = 0,55 g HCl 65,37 g Zn
'l reactivo límite es el +n y la cantidad de gramos de +nl 2 son:
0,5 g
g= M ∗V ∗ pm ml∗36,5 g = 1,3 g HCl g= 11,96 M ∗0,003 mol 6e (alla el reactivo límite:
5
Zn∗136,27 gZnCl 2 65,37 g Zn
= 1,04
gZnCl2
1, In#es(i;ue' 7Cu6l es la im3or(ancia de conocer el calor de una reacci-n8 7Para 4u se 3odr%a u(ili!ar8 E23li4ue,
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I7: #a importancia radica en que desde el punto de vista pr!ctico es esencial conocer si en una reaccin especí&ica (ay absorcin o desprendimiento de calor y en qu" proporcin a &in de ayudar su remocin y utiliarlo en otra parte del proceso, o de suministrar el que sea necesario.
@, Conclusiones 4odemos concluir que tanto la electrolisis como la termoquímica son procesos en los cuales se utilia energía el"ctrica en uno se utilia para generar una reaccin química y en el otro para conocer la cantidad de calor deprendido o absorbido por en una reaccin química. Todo esto nos permite conocer y relacionar estos procesos con di&erentes actividades en la vida cotidiana, ya sea en aplicaciones industriales como m!s comn se presentan o ya sea para demostrar o comprobar lo que dice la teoría.
, Bi&lio;ra<%a [1] F.D.D. Castillo. Universidad nacional autonoma de mexico. 8 septiembre 28. [!n linea] "ttp#$$olimpia.cuautitlan2.unam.mx$pa%ina&in%en ieria$mecanica$mat$mat&mec$m'$principios (2de(2electrolisis.pd). [*ltimo acceso# 3 +ar,o 214]. [2] -. uare,. !scuela vene,olana para la ense/an,a de la 0uimica. diciembre 2. [!n linea]. "ttp#$$.saber.ula.ve$bitstream$12345'8$1' 44$1$termo0uimica.pd). [*ltimo acceso# 1 bril 214].
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