Laboratorio de QumicaEquipo 1.Ivn Garca Aguilar A01184474. Jos Manuel Valdez Jurez A00989165Ricardo Alcal Martnez A01208009Jhoe Frausto Carrillo A01350768

Practica 13

ELECTROQUIMICA

Objetivos

1. Construir una celda electroqumica a microescala y obtener en forma experimental el potencial estndar de las celdas electroqumicas.2. Observar el efecto de la concentracin de las soluciones en el potencial obtenido.3. Demostrar la diferente actividad qumica de algunos metales.Objetivos propuestos por el equipo1.- Tener conocimineto del funcionamiento de una celda electroquimica.2.- Realizar cada paso de la practica de manera correcta y organizada para obtener resultados correctos.

Introduccin

Electroqumica

La electroqumica es una rama de la qumica que se encarga del estudio sobre los procesos de corrosin, el uso que tienen las reacciones que son espontaneas para poder generar electricidad como por ejemplo, las pilas o celdas galvnicas; tambin se encarga de las reacciones que no son espontaneas para poder como lo son las celdas electrolticas. La base de estos procesos de la electroqumica se encuentran en la reacciones de oxido-reduccin.

Oxido-reduccin.

El concepto de las reacciones oxido-reduccin de a cuerdo a lo investigado se puede mencionar que antes la unin de una sustancia que se encuentre con oxigeno se le llam oxidacin, y cuando haba una perdida de oxigeno en alguna sustancia o compuesto se le denomin como reduccin. Con forme al avance que ha tenido la humanidad se fueron desarrollando estudios donde muestran que los tomos permiten extender este concepto de oxidacin y reduccin; ambos conceptos estn relacionados debido a que un tomo no puede ceder electrones si no hay quien los pueda ganar y lo mismo si sucede a la inversa. Dicho esto, el concepto de oxidacin es ahora el proceso en el que el tomo brinda electrones y cuando sucede lo contrario, que un tomo gane electrones se le conoce como reduccin.

A continuacin se mostrarn algunos ejemplos de reacciones para explicar el concepto de oxidacin y reduccin.

4 FE (s) + 3 O2 (g) = 2 Fe2O3 (s)2 Zn (s) + O 2 (g) = 2 ZnO (s)Zn (s) + Cl (g) = Zn Cl 2 (s) 2Ag + (aq) + Cu (s) = Cu 2+ (aq) + 2 Ag (s)

Las reacciones anteriores fueron obtenidas de la siguiente paginda de internet que encontramos en formato pdf http://www.alonsoformula.com/inorganica/_private/Quimica2bach07cast.pdf

Todas estas reacciones que pusimos tienen en comn que en los atomos algunos de ellos ceden los electrones y que en otros los ganan, as que tienen transferencia de electrones de unos tomos a otros.

Agente oxidante y agente reductor

Se le conoce como a gente oxidante a la sustancia que hace que se oxide otra sustancia. Con esto supone que extrae electrones y por lo tanto al ganar electrones se reduce. El agente oxidante es el que se reduce. El agente reductor es la sustancia que hace que se reduzca otra sustancia, para que esto pase proporciona electrones por lo que pierde dichos electrones y se oxida.

Numero de oxidacin.

Se le conoce al numero de oxidacin como el numero de los electrones que se intercambian en una reaccin, por lo tanto nos facilita el poder comprender las reacciones redox.

Celdas electroqumicas

Existen dos tipos de celdas que son electroqumicas, la primera es la celda voltaica o tambin llamada celda galvnica que consiste en un arreglo de dos electrodos que se encuentran unidos externamente, sumergidos en un electrolito que lo que realiza es llevar una reaccin qumica para crear corriente elctrica.

El otro tipo de celdas electroqumicas son las celdas electrolticas que se llevan a cabo con una reaccin redox que no es espontanea, por la imposicin de una energa elctrica a partir de una fuente de corriente que es directa como por ejemplo los generadores o las bacterias.

Otras caractersticas de las celdas electroqumicas son las siguientes:

El puente salino es un medio de conduccin de cargas que cierra el circuito elctrico y distribuye las cargas. Conectando un voltmetro por el circulo externo puede medirse la fuerza electromotriz. En donde esta el nodo siempre aparece la oxidacin. En donde esta el ctodo siempre aparece la reduccin. El anodo es el polo Negativo que es donde salen los electrones. El catodo es el polo donde entran los electrones y se le conoce como polo positivo.

Potencial de Celda

Lo que hace el potencial de la celda es que permita predecir la espontaneidad de las reacciones, poder identificar en que sentido ocurrir una reaccin. Para esto es necesario obtener la fuerza electromotriz. La fuerza electromotriz es la FEM y es aquella fuerza elctrica o potencial que brinda la energa que se necesita para que ocurra la reaccin. En otras palabras, la FEM es una medida de la relacin que existe entre la afinidad electrnica y la energa de reaccin que tienen las especies involucradas.

Para poder obtener la fuerza electromotriz de una pila; por ejemplo se pueden a travs de utilizar los potencial de electrodo. La diferencia de voltaje que se obtiene de entre los potenciales de reduccin de cada electrodo nos brinda una cantidad parecida para el potencial medido de la pila.

E (pila) = E (ctodo) + E (nodo)

Tambin podemos decir que al tomar el valor del potencial se debe cambiar el signo que tiene cuando sta corresponde al electrodo de oxidacin, para evitar el cambio de signo se realiza la formula de la siguiente manera.

E (pila) = E (ctodo) - E (nodo)

Nernst

La ecuacin de Nernst la utilizamos para poder encontrar el potencial de reduccin en los electrodos cuando estn en condiciones diferentes a los estndares. Esta ecuacin lleva el nombre de Nernst debido a su creador que fue el fsico y alemn Walter Hernan Nernst. La ecuacin de Nernst se formula de la siguiente manera:

E = E -RT / nF . ln (Q)

En donde

E es el potencial del electrodo. E es el potencial cuando esta en condiciones estndar. R es la constante de los gases N son los moles que participan en la reaccin. F es la constante de Faraday. Q es el cociente de reaccin.

Reaccin de equilibrio.

Cada celda tiene una tensin caracterstica que se le conoce como potencial de reduccin. Las diferentes sustancias que pueden ser escogidas para cada semicelda son las que dan lugar a diferentes potenciales de la celda completa, que es el parmetro que si puede ser medido. No se puede medir el potencial de cada semicelda, pero si la diferencia entre los potenciales de ambas. En la semicelda que se encuentra en sufriendo la oxidacin y cuanto ms cerca del equilibrio se encuentra el tomo con el estado de oxidacin ms positivo, tanto ms potencial va a dar la reaccin. De igual forma, en la reaccin que es de reduccin, cuanto ms lejos del equilibrio se encuentra el tomo del estado de oxidacin ms negativo, ms alto es el potencial.

Bibliografas:

Alonso Carlos (2010) Electroqumica. Qumica de 2do bachillerato. Concepto de la oxidacin reduccin. Capturado de: http://www.alonsoformula.com/inorganica/_private/Quimica2bach07cast.pdf UNAM (2014) Termodinamica electroqumica. Celdas espontaneas y nos espontaneas. Capturado de: http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/ApuntesUnidad3_24936.pdf Fernandez P. Rafael (2011) Electroqumica. Reacciones REDOX. Quimica general. Universidad nacional de Cuyo. Instituto de cioncias bsicas. Capturado de: http://www.icb.uncu.edu.ar/upload/unidad8electroquimica2011.pdf Jorge Tlacaele Cruz Garca(2010) Celda electroltica. Proceso electroltico. Capturado de: http://celdaelectrolitica.blogspot.mx

Diagramas de flujo

Jose Manuel Valdez Juarez A00989165Electroqumica

Diagrama de flujo

Jhoe Frausto Carrillo

Diagrama de flujo

21

3

4

Diagrama de flujo

Ivn Garca Aguilar Diagrama de flujo Ivn Garca Aguilar A01184474

I. Construccin de una celda electroqumica Varilla de CuVarilla de ZnSolucin KNO3Solucin CuSO4Solucin ZnSO4Puente salino(Tiras de papel filtro)Caimn Negro (nodo)Caimn rojo (ctodo)

DC voltaje 1 X 2.5 cm, 6 tiras

Conecte Invierta la conexin de las terminales y registreVuelva a repetir la actividad I, pero ahora utilizando las soluciones de concentracin 0.5 M.I. Series de actividad de los metales

A. Reacciones de desplazamiento

Conecte Conecte 1 X 2.5 cm, 6 tiras

Cu + AgNO3 Zn + Pb(NO3)2B. Serie de actividad de algunos metales

1.5 ml de HCl 6M 1.5 ml de HCl 6M 1.5 ml de HCl 6M 1.5 ml de HCl 6M 1.5 ml de HCl 6M+ Mg + Fe + Sn + Zn + Cu

Reacciones de doble desplazamientoFeCl3 + AgNO31 FeCl3 + Pb(NO3)2. KI+ AgNO31 KI +Pb(NO3)2. NaOH+ AgNO3 NaOH+ Pb(NO3)2 NaOH+ CuSO4 NaOH+ MgSO4 NaOH+ FeCl3Na2CO3+ AgNO3 Na2CO3+ Pb(NO3)2 Na2CO3+ CuSO4 Na2CO3+ MgSO4 Na2CO3+ FeCl3Na3PO4+ AgNO3 Na3PO4+ Pb(NO3)2 Na3PO4+ CuSO4 Na3PO4+ MgSO4 Na3PO4+ FeCl3Complete las siguientes tablas de resultados con base a sus observaciones:

Cuadro 2. Resultados de la actividad I.SistemaConcentracinMAnota la reaccin global y las reacciones de media celdaDireccin de los electronesVoltaje tericoVoltaje experimental

Zn-Zn2+/ Cu-Cu2+1

9.30 v

0.54.4 v

IMPORTANTE: No olvide incluir en el anlisis de resultados y conclusiones justificar el resultado de sus observaciones para cada reaccin.

Cuadro 3. Resultados de la actividad III.MetalSolucinResultados/ImagenReaccin

CuAgNO3Al introducir una pieza de cobre metlico, color naranja metlico, en una disolucin de nitrato de plata (incolora) observamos como el cobre se recubre con un slido gris, plata metlica, y la disolucin adquiere un tono azulado [Nitrato de cubre (II)], que nos indica que tenemos ion Cu2+

Cu+AgNO3 Ag +CuNO3.

ZnPb(NO3)2Al introducir una pieza de zinc metlico, color negro metlico, en una disolucin de nitrato de plomo (incolora) observamos como el zinc se cubre de una sustancia pastosa de color negro y se desprende al tocar la placa de ZincZn + Pb(NO3)2 Pb + Zn(NO3)2

Se precipito formando una solucin espumosa y el pequeo metal se calent. 1.5 ml de HCl 6M+ Mg

Al principio no hubo ninguna reaccin, tiempo despus empez una reaccin burbujeante.

1.5 ml de HCl 6M

+ Fe En esta solucin no apreciamos ninguna reaccin en el tiempo que observamos.1.5 ml de HCl 6M + Sn

Hubo un pequeo burbujeo ya que el HCl produjo agua y oxgeno. 1.5 ml de HCl 6M + Zn

No obtuvimos ninguna reaccin en el tiempo observado.1.5 ml de HCl 6M+ CuEn conclusin de este parte, los metales que reaccionaron en la sustancia de HCl fueron los 1.5 ml de HCl 6M +Mg y 1.5 ml de HCl 6M + Zn en segundo lugar en base a su precipitacin.

Cuadro No.4.AgNO3Pb(NO3)2

FeCl3Amarillo con residuos blancosAmarillo con un lquido transparente

KILiquido con residuos verdesAmarillo viscososCuSO4MgSO4FeCl3

NaOHLiquido transparente con residuos cafsBlanco viscosoLiquido transparente con residuos azulesBlanco y transparenteAmarillo rojizo

Na2CO3Verde y cafBlanco densoAzul densoBlanco y transparente con residuosRojo con Amarillo

Na3PO4Verde y cafBlanco densoAzul viscosoBlanco con residuos blanco de gran tamao Amarillo viscoso

Conclusin

En esta practica lo que hicimos fue llevar a cabo ciertos experimentos que intervienen en el tema de la electroqumica la cual se encarga de estudiar las reacciones que son asociadas con la corriente elctrica que circula en un circuito. Primero construimos una celda electroqumica a micro escala, utilizamos un multmetro y ajustamos el voltaje, agregamos las soluciones de 1M de CuSO4, KNO3 y ZnSO4, ya conectado las pinzas y todo establecimos los puentes salinos para tomar la medicin del voltaje; despus volvimos hacer este procedimiento pero lo realizamos con una concentracin en las soluciones de 0.5M; Observamos el efecto que tiene la concentracin de las soluciones en el potencial obtenido.Tambin aplicamos series de actividad de los metales, para as poder demostrar la diferente actividad qumica que tienen algunos de los metales que ocupamos durante la practica; sabemos que la serie de actividad de algunos metales es la lista donde se ordenan los metales de mayor a menor debido a su poder reductor y se van desplazando unos a otros en forma descendente.Cada paso lo fuimos llevando a cabo de forma correcta y siendo pacientes para que las reacciones se llevaran a cabo y obtuviramos los resultados esperados, el ejercicio de las celdas electroqumicas fue donde ms tiempo se necesito para que midiramos el voltaje de cada paso como nos indicaba la practica. Aun as las reacciones se llevaron a cabo y la practica fue exitosa por lo que tambin cumplimos con los objetivos establecidos por la practica y el equipo.

Cuestionario

1. Escriba y explique la utilidad de la ecuacin de Nernst.

La ecuacin de Nernst la utilizamos para poder calcular el potencial de reduccin de un electrodo que esta fuera de las condiciones estndar, esta ecuacin nos permite calcular la Fem de una pila en condiciones diferentes de las que son estndar. La formula se representa de la siguiente forma.

E = E -RT / nF . ln (Q)

En donde

E es el potencial del electrodo. E es el potencial cuando esta en condiciones estndar. R es la constante de los gases N son los moles que participan en la reaccin. F es la constante de Faraday. Q es el cociente de reaccin.

2. Realice los clculos de correccin de potenciales estndar al usar la concentracin de 0.5M

3. Qu diferencia existe entre una celda electroqumica y una electroltica?

Las celdas galvnicas almacenan energa elctrica, en este tipo de celda la reaccin en los electrodos ocurren de forma espontanea y crean un flujo de electrones que va desde el ctodo al nodo. Por otra parte las celdas electrolticas no son espontaneas y se les tiene que suministrar energa para que se lleve a cabo, aplicando la corriente elctrica se fuerza a pasar por la celda y a que se lleve a cabo la reaccin redox.

4. Por qu difieren el voltaje terico del experimental?

Porque siempre hay desviaciones en los clculos que se toman experimentalmente, Para que esto no suceda se divide el numero de varias medidas experimentales que se toman para obtener un valor medio que se acerque al valor terico, para que pueda acercarse lo mas posible al valor del voltaje terico, con el fin de adimensionarlos ya que no son iguales.

5. Qu sucedera si no existiera el puente salino?

El puente salino se coloca entre las 2 semiceldas de la celda electroqumica que tenemos, si no existiera no podra conectar elctricamente las dos semiceldas y tampoco se podra mantener la neutralidad elctrica en cada una de las semiceldas.

6. Qu sucede si se invirtieren las conexiones elctricas? Por qu?

En el primero de 0.1 m si se invierten bajara el voltaje y en el otro de 0.5 m subira el voltaje y esto se debe a la conductividad de movimiento de electrones

7. Escriba en una tabla la serie de potenciales normales de oxidacin de los metales empleados e indique que significan los valores obtenidos.

8. A qu nos referimos cuando hablamos de series de actividad?

Es una lista en donde los metales se encuentran ordenados de mayor a menor debido a su poder reductor; una de las caractersticas fundamentales es que todos esos metales que se encuentran se desplazan unos a otros en forma descendente.

9. A qu se debe que un metal sea ms activo que otro?

Se debe a las propiedades que tengan por ejemplo su baja ionizacin, bajo punto de magnetismo, si es un buen conductor de electricidad y calor entre otras propiedades.

10. Qu caractersticas tiene una celda de concentracin?

La celda de concentracin tambin se le conoce como pila de concentracin, es una pila galvnica en donde dos semiceldas se encuentran formadas por el mismo metal en la misma solucin. La corriente se produce debido a que las concentraciones de la solucin que hay en las semiceldas son diferentes.

11. Mencione cuatro diferentes tipos de electrodos e incluya que tipo de electrodo es el que se utiliza para medir el pH

Existen diferentes tipos de electrodos, algunos de ellos son:1. Electrodos de referencia2. Electrodos de indicadores3. Electrodos de membrana 4. Electrodos metlicosLos electrodos que se utilizan para medir el pH son el electrodo de cristal que tiene un bulbo hecho de composicin de cristal que es muy sensible para los hiones de hidrogeno.Existe tambin otro electrodo para medir el pH que es el electrodo de referencia, el cual proporciona un voltaje estable cuando se sumerge en una solucin.

12. Menciona al menos dos aplicaciones importantes de una celda electroqumica y de una celda electroltica.

Una celda electroltica se puede utilizar como fuente de energa elctrica, se usa en electro deposicin, electro formacin y realizacin de muchos procesos industriales.

La celda Galvnica, permite que obtengamos energa a partir de un proceso qumico, se utilizan tambin en pilas y bateras.

ETICA EN EL LABORATORIO

(Tomado de: Mutio, R. Ana M., Lpez, S. Carolina, Venegas, B. Luz M., Segal, Ranjana. Aprendiendo Qumica Gota por Gota. 1 Edicin. Mxico, Editorial Cengage Learning, 2010.

I. Completen el siguiente cuadro (Como equipo).Residuo generadoCmo se desech el residuo?Les parece adecuado el manejo que se le dio? Fundamenten su respuesta

AgNO3 al 2 %Solucin SnCl2 al 5%Soluciones de 1 M de KNO3, CuSO4, ZnSO4, SnSO4, FeSO4, AgSO4 y Al2(SO4)3

Soluciones de 0.5 M de KNO3, CuSO, ZnSO4, FeSO4, AgSO4, Al2(SO4).

En el drenaje Si fue adecuado debido a que fue diminuta la cantidad de sustancia que se utiliz para cada experimento por lo que con un poco de agua lo desechamos todo en el lavabo de la mesa.

Alambres Cu, ZnEn la basuraSi fue adecuado ya que los alambres no afectan al ponerlos con la dems basura.

Bibliografas.

Alonso Carlos (2010) Electroqumica. Qumica de 2do bachillerato. Concepto de la oxidacin reduccin. Capturado de: http://www.alonsoformula.com/inorganica/_private/Quimica2bach07cast.pdf UNAM (2014) Termodinamica electroqumica. Celdas espontaneas y nos espontaneas. Capturado de: http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/ApuntesUnidad3_24936.pdf Fernandez P. Rafael (2011) Electroqumica. Reacciones REDOX. Quimica general. Universidad nacional de Cuyo. Instituto de cioncias bsicas. Capturado de: http://www.icb.uncu.edu.ar/upload/unidad8electroquimica2011.pdf Ramirez Balderas Juan (2014) Electroquimica II. Insituro Politecnico Nacional. Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnologa. Capturado de: ( http://www.biblioteca.upibi.ipn.mx/Archivos/Material%20Didactico/Apuntes%20de%20Electroqu%C3%ADmica%20II%20(17nov09).pdf Jorge Tlacaele Cruz Garca(2010) Celda electroltica. Proceso electroltico. Capturado de: http://celdaelectrolitica.blogspot.mx http://catedras.quimica.unlp.edu.ar/fmacro/clases/clase18.pdf