Laboratorio de Fisicoqumica II UNMSM

MARCO TEORICOElectrolisisEs la parte de la qumica que trata de la relacin entre las corrientes elctricas y las reacciones qumicas, y de la conversin de la energa qumica en elctrica y viceversa. En un sentido ms amplio, la electrolisis es el estudio de las reacciones qumicas que producen efectos elctricos y de los fenmenos qumicos causados por la accin de las corrientes o voltajes.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 componentes cargados positiva y negativamente que tienen la propiedad de conducir la corriente elctrica. Si se coloca un par de electrodos en una disolucin de un electrolito (o 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.celdas Electroqumicas

Las celdas electroqumicas se usan principalmente con dos fines: a) convertir energa qumica en elctrica, y b) convertir la energa elctrica en qumica. En las pilas secas comunes y en el acumulador de plomo se tiene convertidores de energa qumica en elctrica, mientras que en la carga de la batera de almacenamiento y en la purificacin electroltica del cobre se utiliza la energa elctrica para realizar una accin qumica.

CELDAS GALVNICASEn condiciones normales una reaccin redox ocurre cuando el agente oxidante est en contacto con el agente reductor. Si vemos la ecuacin inica siguiente:Zn(s) + Cu2+ Zn2+(ac) + Cu(s)Si se divide esta ecuacin en dos semirreaciones, entonces se tiene:Zn(s) Zn2+(ac) + 2e -Cu2+ + 2e- Cu(s)Se observa que en tomo de Zn se oxida dando dos electrones al in Cu2+ que se reduce. Los electrones se transfieren desde el agente reductor al agente oxidante. Si estos agentes, el oxidante y el reductor, estuvieran separados fsicamente, fuese posible que la transferencia de electrones se diera a travs de un medio conductor externo, en lugar en que se diera en forma directa en la disolucin. As al progresar la reaccin, se producira un flujo constante de electrones y por lo tanto se generara electricidad (esto es se producira trabajo elctrico).El dispositivo experimental para generar electricidad a travs del uso de una reaccin redox se llama celda electroqumica.EL EFECTO DE LA CONCENTRACIN EN LA FEM DE LA CELDA Existe una relacin matemtica entre la fem de una celda y la concentracin de los reactivos y productos de una reaccin redox en condiciones de estado no estndar. Esta ecuacin se desarrolla a continuacin.LA ECUACIN DE NERNSTConsidere la reaccin redox del tipoaA + bB cC + dDDe la ecuacin

Puesto que y , la ecuacin anterior se puede expresar como:

Dividiendo la ecuacin entre nF, se obtiene:

La ecuacin anterior se conoce como la ecuacin de Nernst.Dnde: Q es el cociente de la reaccin.

Donde : y son las actividades del zinc y del cobre.

LEYES DE FARADAY

Los procesos electrolticos estn gobernados por dos leyes fundamentales conocidas como leyes de Faraday.

PRIMERA LEY DE FARADAYLa masa de una sustancia qumica liberada o depositada en un electrodo respectivo es proporcional a la carga que circula en la celda .. (1)Donde:K: Cte. De proporcionalidad = Peq/(96 500 C/eq g)q: carga, q = I x tReemplazando en la ecuacin (1): W=SEGUNDA LEY DE FARADAY La razn de las masas de las diferentes sustancias liberadas o depositadas en los electrodos respectivos por la misma cantidad de corriente en la celda es igual a la razn de sus pesos equivalentesm1 / m2 = Peq1 / Peq2

LA PILA ELECTROQUMICALas pilas de investigacin son sistemas electroqumicos que nos brindan informacin del medio. Son de dos tipos: de medida y de referencia. Las de medida nos proporcionan informacin acerca de las propiedades del sistema de xido-reduccin bajo estudio. Una celda tpica que ilustra esta clase es la conocida como celda Daniell. Esta pila est constituida por dos sistemas metal-in metlico en solucin, Zn/Zn2+ y Cu/Cu2+, conteniendo un anin comn, SO42-. Fsicamente, las dos medias celdas se encuentran separadas por una membrana porosa (yeso, cermica o vidrio sinterizado, por ejemplo), que tambin puede ser reemplazada por un puente salino de agar-agar.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALEl procedimiento a seguir fue el siguiente:A.- Sistema electroqumico para aplicar la ecuacin de Nernst: Preparamos en una fiola de 250 mL las soluciones de CuSO4 0.01M y 0.001M por dilucin de la solucin de CuSO4 0.1M

Vertimos 250 mL de ZnSO4 0.1M en un vaso precipitado, lo mismo con la solucin de CuSO4 0.1M y lo conectamos con el puente salino de KCl que se nos proporcion.

Lijamos dos lminas metlicas de Cu y Zn, las enjuagamos con agua destilada y las secamos con papel filtro.

Conectamos el extremo del cable rojo con la lamina de Cu y el extremo del cordn negro con la lamina de Zn

Pusimos perilla del multmetro hasta 2mV en DCV y luego encendimos el aparato, teniendo el cuidado de trabajar con las manos secas.

Realizamos los mismos pasos sin modificar la concentracin de ZnSO4 0.1M pero sustituyendo el CuSO4 0.1M por CuSO4 0.01M y 0.001M preparadas anteriormente.

B.-Sistema electroqumico para aplicar la ley de Faraday: Vertimos 200 mL de solucin de NaOH 4N en un vaso de 250 mL

Nivelamos hasta cero el volumen de la bureta, subiendo o bajando la pera de decantacin del gasmetro.

Introducimos dos electrodos de grafito a la solucin de NaOH, estos deben estar al mismo nivel dentro de la solucin.

Conectamos la terminal negativa de la fuente de corriente con el ctodo y el terminal positivo con el nodo.

Mediante el cursor movible del variac, regulamos el voltaje para mantenerlo a 0.3 A.

Medimos el tiempo en que se demorara en producir un determinado volumen de H2.