UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD EXPERIEMNTAL DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA

LABORATORIO DE QUIMICA GENERAL

PRCTICA N 11

ELECTROQUIMICA Y CORROSIN

La electroqumica estudia tanto la produccin de corriente elctrica mediante reacciones qumicas, como las reacciones qumicas producidas por corrientes elctricas. Ambos procesos son muy importantes en nuestra vida diaria. Las pilas y bateras se utilizan para generar y almacenar energa elctrica. Conviene resaltar que la eficiencia en la conversin directa entre la energa qumica y la energa elctrica puede llegar a ser del 90%, mientras que en la conversin indirecta (en la que el calor producido en una reaccin qumica expande un gas, que a su vez mueve un generador elctrico) est limitado por razones termodinmicas, y su lmite mximo de eficiencia de conversin es del 40%.

Por otro lado, el uso de la electricidad para llevar a cabo cambios qumicos, la electrlisis, es el procedimiento por el que se obtienen de forma comercial distintos elementos y compuestos de uso comn en la industria qumica. Uno de los usos ms importantes de la electroqumica se da en la electrodeposicin, el cual es un proceso electro-qumico donde se realiza un recubrimiento (normalmente metlico) a una pieza con un sistema de nodo y ctodo, sumergiendo dicha pieza en un bao qumico y aplicando cargas elctricas debidamente calculadas para cubrir o depositar una capa protectora o decorativa a la pieza. La electrodeposicin de metales es de gran importancia desde el punto de vista tecnolgico, tanto en lo que concierne a la obtencin y refinacin de los metales (obtencin de aluminio, refinacin de cobre y aluminio, etc.), como a la produccin de recubrimientos con propiedades particulares, como inalterabilidad y dureza.

Objetivo General Estudiar la electroqumica, en la mayor parte de su extensin, como rama de la qumica utilizada a nivel industrial.

Objetivos Especficos: Evaluar y comprender, desde el punto de vista electroqumico, el mecanismo de

la corrosin. Analizar algunos factores que aceleran la corrosin y los mtodos prevencin. Determinar experimentalmente la reactividad de algunos metales y compararla

con su ubicacin en la seria electromotriz. Construir varias celdas galvnicas y determinar el potencial que generan. Identificar los productos obtenidos en una electrolisis.

Procedimiento Experimental

Generalmente las piezas de hierro como clavos o lminas de acero pueden venir provistas de una capa delgada de grasa para evitar su deterioro; si este es el caso someter las piezas metlicas a un bao de NaOH, limpiar con agua destilada y sumergir en un bao de HCl, lavar con agua y/o alcohol y secar.

Experiencia N 1: Corrosin de metales en medio salino l.lk

1. Coloque nueve tubos de ensayo, limpios y secos en una gradilla. 2. Rotularlos del 0 al 8 y llenarlos de acuerdo a la siguiente tabla:

Tubo Reactivos 1 Agregar 5 mL de agua destila y dos gotas de fenolftalena. 2 3

Agregar 5 mL de solucin de NaCl al 3% y dos gotas de fenolftalena. 4 5

6 Agregar 5 mL de agua destilada previamente hervida y fra ms dos gotas de fenolftalena, agitar. Adicionar lentamente 0,5 mL de hexano.

7 Agregar 5 mL de solucin de NaCl al 3%, 5 gotas de H2SO4 6M y dos gotas de ferricianuro de potasio al 0,5%.

8 Agregar 5 mL de solucin de NaCl al 3%, dos gotas de fenolftalena y 5 gotas de nitrito de potasio 6M.

3. Agregar una cinta de magnesio de aproximadamente 3 cm al tubo 1. 4. Aadir un clavo de acero inoxidable al tubo 4. 5. Sumergir un clavo de hierro en una solucin de HNO3 1M por 5 minutos (Realizar en campana) Por qu? Retirar el clavo y lavarlo con repetidas veces con agua destilada. Introducirlo en el tubo 5. 6. Agregar un clavo de hierro al resto de los tubos. 6. Observar su contenido cada 10 minutos hasta completar una hora. Anotar todos los resultados.

Experiencia N 2: Caracterizacin de las zonas andicas y catdicas en la corrosin.

1. Disolver 1,0 g de agar en 100 mL de agua, calentando hasta la disolucin total. 2. Una vez disuelto agregar 3 g de NaCl, 10 gotas de ferricianuro de potasio 0,5 M y 20 gotas de fenolftalena al 1%. 3. Colocar en una placa de Petri dos clavos de hierro: uno sin manipular y el otro doblado varias veces. 4. En otra placa de Petri colocar un clavo enrollado con un alambre de cobre y otro enrollado con una cinta de magnesio. 5. Llenar las placas con la solucin de agar. Dejar en reposo y observar las diversas coloraciones que toman con el paso del tiempo durante por lo una hora. A que se deben estas coloraciones?

Experiencia N 3: Estudio experimental del poder reductor de diversos metales l

1. Etiquetar seis tubos de ensayo, y colocar pequeos trocitos de zinc, aluminio, plomo, cobre, hierro y magnesio. Nota: Si la superficie de los metales presenta un aspecto opaco o blanquecino, lijar hasta que ofrezcan una superficie brillante. 2. Cubrir cada metal con agua, observando si ocurre reaccin.

3. En los tubos donde no ocurra reaccin, decantar el agua y aadir HCl 0,1M. Observar detalladamente si se produce reaccin que en algunos casos puede ser apenas perceptible. 4. Si en algn tubo no ha habido reaccin, decantar la disolucin diluida de HCl y agregar HCl 6M, repitiendo las observaciones anteriores. 5. Si en algn tubo no ha habido reaccin, decantar la disolucin de HCl y agregar HNO3 concentrado, repitiendo las observaciones. Diluir posteriormente con 5 mL de agua destilada. 6. Explicar lo sucedido. Ordenar los metales, de acuerdo con las observaciones que han sido hechas, segn su capacidad reductora y compare este orden con el que se deduce de los valores de los potenciales estndar correspondientes.

Experiencia N 4: Construccin de una celda galvnica (Celda de Daniell) l

1. Colocar 40 ml de solucin CuSO4 0,01 M dentro de un Beaker de 50 ml. 2. Doblar un alambre de Cu, previamente acondicionada con papel de lija y colocarlo sobre un lado del beaker, de tal forma que quede parcialmente sumergido en la solucin. 3. En otro beaker de 50 ml, colocar 40 ml de solucin de ZnSO4 0,1 M y sumergir parcialmente una tira de Zn. 4. Conectar los electrodos metlicos de (Cu y Zn) con pinzas tipo caimn. 5. Completar el circuito con un puente salino mediante un tubo en U relleno con un electrolito fuerte (NaNO3, KCl, NaCl 1M), tapado en sus extremos con algodn o lana de vidrio. 6. Medir el voltaje de la celda con el voltmetro y compararlo con el potencial terico. 7. Identificar el nodo y el ctodo en la celda, y registrar el voltaje.

Figura 1: Parte de una Celda Galvnica

Experiencia N 5: Construccin de una celda de concentracin

1. Repetir el montaje anterior y construya una celda Cu/Cu+2(0,01M)//Cu+2(0,05 M)/Cu. Registre el voltaje de la celda e identifique el nodo y el ctodo. 2. Compare los resultados experimentales con los resultados esperados y analice las posibles fuentes de error experimental para justificar cualquier discrepancia.

Experiencia N 6: Electrolisis del Ioduro de Potasio l

1. Preparar una solucin acuosa de KI al 10% y colocarla en un tubo en U. 2. Por cada extremo del tubo, sumergir en la solucin dos electrodos de grafito, conectados mediante alambre conductor a una fuente elctrica de 9 voltios. 3. Agregar a un extremo (al ctodo) gotas de fenolftalena y al otro (nodo), gotas de solucin de almidn. 4. Despus de 5 minutos observar lo que ha sucedido en el ctodo y en el nodo. Explicar lo sucedido. Escribir las reacciones involucradas en cada electrodo.

Experiencia N 6: (Alternativa) Electrolisis del cloruro de sodio l

1. Preparar una solucin acuosa de NaCl al 10% y colocarla en un tubo en U. 2. Por cada extremo del tubo, sumergir en la solucin dos electrodos de grafito, conectados mediante alambre conductor a una fuente elctrica de 9 voltios. 3. Despus de 5 minutos observar lo que ha sucedido en el ctodo y en el nodo. 4. Agregar un el ctodo unas gotas de fenolftalena y oler suavemente el nodo. A qu se debe este olor? 5. Explicar lo sucedido. Escribir las reacciones involucradas en cada electrodo.

Experiencia N 7: Determinacin de la constante de Faraday l

1. Limpiar perfectamente la superficie de dos electrodos de cobre, enjuagar muy bien con agua destilada e isopropanol. Dejar secar al aire. 2. Pesar los electrodos completamente secos. 3. Colocar en un vaso de precipitados de 50 mL, 40 mL de CuSO4 0,5M. 5. Conectar los electrodos a un ampermetro y sumergirlos en la solucin de CuSO4 evitando que las pinzas toquen la solucin. 6. Conectar en serie la celda electroltica a una pila de 9 V con el ampermetro. 7. Conectar el circuito y encender el cronometro al mismo tiempo. 8. Apagar el sistema a los 20 minutos. Observe los electrodos. 9. Medir el tiempo y la cantidad de corriente que pasa por el circuito. 10. Retirar los electrodos y lavar suavemente con agua destilada y acetona. Pesar el ctodo y el nodo. 11. Determinar la constante de Faraday.

Bibliografa WHITTEN W. Kenneth, Qumica General, 5ta Edicin. Mc Graw-Hill. Espaa

1998. Pg. 768, 779, 785. BROWN, T.L., 2009. Qumica. La ciencia central. 11ra Edicin. Ed. Pearson. CHANG, R. 2010. Qumica. 10 Edicin. Mc Editorial Graw Hill. PETRUCCI, R.H., HARWOOD, W.S., HERNING, F.G. Qumica General.

Editorial Pearson Educacin.

Bases Tericas Investigar sobre los siguientes aspectos:

a) Oxidacin y Reduccin. b) Agente reductor y agente oxidante. c) Balanceo de ecuaciones redox. d) Espontaneidad de ecuaciones redox.

e) Ecuacin de Nerst. f) nodo, Ctodo y puente salino. g) Celdas electrolticas y galvnicas. h) Electrolisis. i) Electrodeposicin. j) Corrosin e inhibidores de la corrosin. k) Pasivacin. l) Sobrepotencial.

Aspectos Especficos a) Qu papel cumple el cloruro de sodio en la corrosin del hierro? b) Cual es el comportamiento de sales ferrosas y frricas ante la accin del ferro y

ferrocianuro? c) Qu hace resistente el acero ante la corrosin? d) Cul es la relacin entre la fem de una reaccin y su espontaneidad? e) Cmo puede explicarse de forma cuantitativa, en base a la ecuacin de Nerst la

distinta reactividad del agua, la disolucin diluida de HCl y la disolucin concentrada del mismo cido?

f) El aluminio, que por su posicin en la lista de potenciales estndar de reduccin debera disolverse tambin en agua, se usa ampliamente en ambiente con gran humedad, Cmo puede explicarse esto?

g) Cul es la diferencia entre una celda galvnica y una electroltica? h) Cules son las partes de una celda electroltica? i) Es cierto que una especie reducida o en bajo estado de oxidacin puede ser un

buen agente oxidante? j) Se desea construir una pila electroqumica, y se disponen varias semiceldas

correspondientes a las reacciones que se presentan a continuacin: Fe+3 + e- Fe+2 E= 0,771 2H+ + 2e- H2 E=0,00 Mg+2 + 2e- Mg E= -2,360 Ag+ + e- Ag E= 0,7992 Cul pareja de semiceldas escogera para generar la pila con mayor fuerza electromotriz (E)? Por qu? En condiciones de referencia (todas las especies a una concentracin de 1M), indique cul especie, y por qu, se oxidar y cul se reducir al conectar las semiceldas.

k) Cunto volumen de cloro a temperatura y presin constante se produce cuando ocurre la electrolisis de una solucin de MgCl2 usando una corriente de 12,4 A por una hora?

l) La electrolisis de Cr+3(ac) produce Cr+2(ac). Si se tienen 500 mL de una solucin de Cr+3(ac) 0,15 M, Cunto tiempo se tardar en reducir todo el Cr+3(ac) a Cr+2(ac) usando una corriente de 0,158 A?