ELECTRLISIS DE METALES1. OBJETIVOS:

Electrodeposicin del Cu, Zn a partir de soluciones complejas. Cuantificar la masa de Cu, Zn y nquel electrodepositado. Estudiar las reacciones electroqumicas que se llevan a cabo en cada electrodo.

2. FUNDAMENTO TERICO:

2.1 ELECTRLISIS:

Es u mtodo de separacin de los elementos que forman un compuesto aplicando electricidad: se produce primero la descomposicin de iones seguido de diversos efectos o reacciones secundarias. El proceso electroltico consiste en lo siguiente. Se disuelve una sustancia en un determinado disolvente, con el fin de que los iones que constituyen dicha sustancia estn presentes en la disolucin. Posteriormente se aplica una corriente elctrica a un par de electrodos conductores colocados en la disolucin. El electrodo cargado negativamente se conoce como ctodo, y el cargado positivamente como nodo. Cada electro atrae a los iones de carga opuesta.As, los iones positivos, o cationes, son atrados al ctodo, mientras que los iones negativos, o aniones, se desplazan hacia el nodo. La energa necesaria para separar a los iones e incrementar su concentracin en los electrodos, proviene de una fuente de potencia elctrica que mantiene la diferencia de potencial en los electrodos.En los electrodos, los electrones son absorbidos o emitidos por los iones, formando concentraciones de los elementos o compuestos deseados. Por ejemplo, en la electrlisis del agua, se forma hidrgeno en el ctodo, y oxgeno en el nodo. La electrlisis no depende de la transferencia de calor, aunque ste puede ser producido en un proceso electroltico, por tanto, la eficiencia del proceso puede ser cercana al 100%.

Figura 1. Diagrama de Electrlisis

2.2 CONDUCTORES DE CORRIENTE:

Cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de electricidad se denomina conductor elctrico, como las disoluciones de la mayora de los cidos inorgnicos, bases y sales son buenos conductoras de la electricidad y todo material que impida el paso de la corriente elctrica es denominado mal conductor o aislador elctrico, como las disoluciones de azcar, alcohol, glicerina y muchas otra sustancias orgnicas. La diferencia entre en conductor y un aislante, es de grado ms que de tipo, ya que todas las sustancias conducen electricidad, como la plata o el cobre, puede tener una conductividad mil millones de veces superior a la de una buen aislante, como le vidrio o la mica. En los conductores slidos la corriente elctrica es transportada por el movimiento de los electrones; y en disoluciones y gases, lo hace por los iones.

2.3 ELECTRLISIS:

Los cidos, sales, las bases y las sales slidas son malos conductores de la electricidad, pero cuando cualquiera de estas sustancias se disuelve en agua, la solucin resultante es conductora.Cuando una de estas sustancias se disuelven en agua (o se funde) se disocian en partculas con carga elctrica (positiva o negativa) llamada iones y a la disociacin en iones se le denomina ionizacin. As un ion se defina como tomo o grupo de tomos con carga elctrica. Un tomo que pierde un electrn forma un ion de carga positiva, llamado catin; un tomo que gana un electrn forma un ion de carga negativa, llamado anin.Cualquier sustancia que produce iones en solucin es un electrolito. Las sales son inicas an en estado slido, pero cuadno se disuelven o se funden, los iones se separan y adquieren libertad de movimiento. La conduccin electroltica se debe a la movilidad inica en estado lquido.

2.4 LEYES DE LA ELECTRLISIS:Los siguientes conceptos son referidos a la corriente elctrica necesarios para comprender el significado de las leyes de Faraday: L a cantidad de electrones (electricidad) que circulan por un conductor se mide en Coulomb.q = Coulomb La intensidad de la corriente (caudal de electrones) expresa la cantidad de electricidad que circula por un conductor por unidad de tiempo. La intensidad de corriente se mide en Amperes.

Cuando una fuente fuerza a los electrones a circular por un conductor, se presenta una resistencia al flujo de corriente y se produce una cada de potencial. La resistencia elctrica se mide en Ohm, y la diferencia de potencial en Voltios.

Primera ley de Faraday:La masa de un elemento depositada en un electrodo es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa a travs de la solucin del electrolito o del electrolito fundido.

Donde K es una constante que depende del catin y se denomina equivalente electroqumico.Segunda ley de Faraday:L as masas de elementos que se depositan en los electrodos son proporcionales a los equivalentes qumicos. Recordemos que el equivalente qumico de un elemento es el cociente entre el peso atmico gramo de ese elemento y su valencia:

Nmero de Faraday:Para depositar el equivalente qumico de cualquier elemento se necesita la misma cantidad de electricidad. La constante o nmero de Faraday (F) es de 96500 Coulomb.

Equivalente electroqumico:Se llama equivalente electroqumico a la masa de un elemento depositada, durante la electrlisis, por la carga de un Coulomb.

En todos los casos, la cantidad de material que se deposita en cada electrodo al pasar la corriente por un electrolitosigue las leyes de Faraday.Todos los cambios qumicos implican una reagrupacin o reajuste de los electrones en las sustancias que reaccionan; por eso puede decirse que dichos cambios son de carcter elctrico. Para producir una corriente elctrica a partir de una reaccin qumica, es necesario tener un oxidante, es decir una sustancia que gana electrones fcilmente, y un reductor, es decir, una sustancia que pierda electrones fcilmente.

3. MATERIALES Y EQUIPOS:

3.1 MATERIALES:ELECTRODOSSOLUCIN DE COBRE CIDA

3.2 EQUIPOS:RECTIFICADOR

4. Insertar la placa, limpia y seca, entre los electrodosPROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

Armar sistema

Secar la placa y pesarEncender el rectificador, por 5 min.

Repetir el proceso anterior pero con 10 min. Y 15 min.5. DATOS Y RESULTADOS:

5.1 DATOS:Componentes de la solucin Concentracin (g/mL)

CuSO4220

H2SO470

Aditivos(A,B,C) ----

Tabla 1. Concentracin de los componentes de la solucin (Cobre cido)

MATERIAL DE MUESTRA: Placa de aluminioDIMENSIONES DE LA PLACA: 5.1 cm. X 5.1 cm.

Intensidad(A)Tiempo(min)Voltaje(V)Masa inicial(g)Masa final(g)

151.15.946.07

1101.25.966.23

111.51.26.156.45

Tabla 2. Datos despus de la electrlisis

5.2 TRATAMIENTO DE DATOS:

5.2.1 REACCIONES

Reacciones en el nodoAl0Al3+ + 3e (Oxidacin) Reacciones en el ctodoCu2+ + 2e- Cu0(Reduccin) Ecuacin qumica:Al + CuSO4 Cu + Al2(SO4)3 (medio acuoso)

5.2.2 DETERMINE LOS PESOS TERICOS Y EXPERIMENTALES PARA CADA TIEMPO EMPLEADO EN LA ELECTRODEPOSICINAplicando la ley de Faraday, se puede hallar la masa terica electrodepositada:

Donde:P.A.= Peso atmico del elementoV=valencia del elementoI=Intensidad de corriente elctrica(A)t=tiempo (s)F=96500CDatos experimentales:P.A.(Cu)= 63.546 g/mol Tabla 3. Masa electrodepositada terica y experimentalTiempo(min)Masa terica electrodepositada(g)Masa experimental electrodepositada(g)

50.098776160.130

100.197552330.270

11.50.227185180.300

5.2.3 DETERMINE LOS RENDIMIENTOS

Tiempo(min)Rendimiento (%)

5131.61

10136.67

11.5132.05

Tabla 4. Clculos de rendimiento

5.2.4 GRAFIQUE LA MASA ELECTRODEPOSITADA VS TIEMPO (TERICO Y EXPERIMENTAL)

MASA TERICA ELECTRODEPOSITADA (g) VS TIEMPO (min)

MASA EXPERIMENTAL ELECTRODEPOSITADA (g) VS TIEMPO (min)

6. DISCUSIN DE RESULTADOS:

Los rendimientos hallados fueron ms del 100 % esto quiere decir que hubo errores experimentales tales como el no secado completo de la placa de aluminio despus de lavar; as como tambin los residuos en el metal al momento de lijar y tratar de sacar todo el cobre. Las 2 grficas tanto de masa experimental vs tiempo como de masa terica vs tiempo tienen una tendencia Lineal, es decir que los errores se mantuvieron o estuvieron en las 3 medidas hechas.7. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES:

Los resultados obtenidos no se puede tomar como los ms precisos, debido a que la placa en cada experiencia no fue limpiada de manera correcta, considerando que la prctica en el laboratorio tiene fines acadmicos. La medida de amperios en el rectificador no fue tan precisa debido a que las divisiones del ampermetro en el rectificador era demasiado grandes para la corriente que se requera. Limpiar bien los electrodos. Se debe mantener fija la intensidad de corriente. Tener cuidado de que el electrolito no caiga en la solucin.

8. CONCLUSIONES:

Se logra demostrar que en el aluminio se recubre de una capa de cobre metlico, es decir el cobre se redujo, perdi 2 electrones, tiene mayor potencial de reduccin comparado con el aluminio. En las industrias se llama al proceso efectuado se llama cobreado. La grfica de masa terica electrodepositada vs tiempo demuestra que en la placa de aluminio a mayor tiempo en la solucin habr mayor masa electrodepositada de cobre.

9. ANEXOS:

Los procedimientos electrolticos constan de interesantes y tiles aplicaciones en el campo de la industria. Algunas aplicaciones son: Fabricacin de metales activos, como son los elementos pertenecientes a los dos primeros grupos de la tabla peridica, as como tambin el aluminio, y elementos no metlicos, como el hidrgeno o el cloro. La fabricacin o sntesis de compuestos como el hidrxido de sodio. Recubrimientos metlicos. Purificacin de elementos metlicos.

OBTENCIN DE HIDRXIDO DE SODIO:Mtodo conocido como cloro-sosa, trata la sntesis simultnea de hidrgeno, cloro y el hidrxido sdico a travs de electrlisis del cloruro de sodio en disolucin de tipo acuoso.El ctodo es mercurio en estado lquido que va por parte del fondo de la cuba electroltica. Por el otro lado, los nodos son de grafito. La solucin salina va entrando de manera continua.En el nodo se va desprendiendo el cloro en formo de gas, mientras que en el ctodo se va soltando sodio a modo de amalgama, es decir a modo de aleacin con el elemento de mercurio (Na Hg).

nodo:2Cl-(ac) 2e- Cl2(g)Ctodo:2Na+(ac) + 2e- 2Na-HgReaccin global:2Na+(ac) + 2Cl-(ac) 2Na-Hg + Cl2(g)

AMALGAMA

La amalgama se descompone debido a la reaccin con el agua, consiguindose oxgeno e hidrxido de sodio, y se recupera el mercurio, el cual retorna a la cuba electroltica.

2Na-Hg + 2H2O(l) 2NaOH(ac) + H2(g) + 2Hg(l)

RECUBRIMENTOS METLICOS:A travs de la electrlisis, se hace posible poder depositar una capa fina de algn metal encima de otro. Dicho procedimiento de bao electroltico posee numerosas aplicaciones, por ejemplo: Recubrir elementos metlicos como oro y plata ( dorado y plateado), se puede utilizar para embellecer la parte externa de diferentes objetos. Recubrimientos con otros metales como puede ser; zinc, nquel o cromo entre otros, con el fin de proteger la corrosin a distintos objetos de metales. Dichos procesos se conocen como cincado, niquelado, cromado o cobreado.

10. REFERENCIA BIBLIOGRFICA:

Aplicaciones industriales de la electrlisis | La Gua de Qumicahttp://quimica.laguia2000.com/metalurgia/aplicaciones-industriales-de-la-electrolisis#ixzz3qxuoZw7D http://laelectrolisis.blogspot.pe/2013/01/aplicaciones-de-la-electrolisis.html Ira N. Levine. Fisicoqumica. Editorial: Mc Graw Hill, quinta edicin, Volumen 1, Madrid, 2004, Paginas: 457 458 459 465. Gilbert W. Castellan. Fisicoqumica. Editorial : Addison-Wesley Iberoamericana, segunda edicin en espaol, Wilmington, 1987, Paginas: 358 359 360.