PRÁCTICA 4 ElectroquímicaInstituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica Y Eléctrica. Grupo: 1EM2 Materia: LAB Química Básica A 18 de Febrero del 2015, México D.F. podemos identificar las bases por su sabor amargo. Según la definición de Arrhenius. Bases Desde un punto de vista práctico. con los materiales proporcionados en el laboratorio de Química. para obtener un electro depósito. Los diferentes ácidos tienen diferente capacidad para producir iones H+ en disolución acuosa. El rojo de metilo es un indicador ácidobase que es rojo en entornos ácidos y amarillo en medio básico. su capacidad de reaccionar con muchos metales y carbonatos y su efecto sobre los colores de las sustancias llamadas indicadores ácido-base. Desde el punto de vista de un químico. Al igual que sucede con los ácidos fuertes. el número de bases fuertes de uso habitual es . y su efecto sobre los colores de los indicadores ácido-base. su tacto resbaladizo.LABORATORIO DE QUÍMICA BÁSICA PRACTICA No. Esta es la definición original de Svante Arrhenius en 1884. CONSIDERACIONES TEORICAS Ácidos Desde un punto de vista práctico. Los ácidos fuertes son compuestos moleculares que están casi por completo ionizados en H+(aq) y el anión correspondiente. en disolución acuosa. podemos identificar los ácidos por su sabor. Una base que se disocia completamente (o casi completamente) en disolución acuosa es una base fuerte. se define un ácido como una sustancia capaz de ceder iones hidrógeno (H+) en disolución acuosa. una base es una sustancia capaz de producir iones hidroxilo (OH-) en disolución acuosa. sin embargo.4 ELECTROQUÍMICA OBJETIVO: El alumno aplicará los conocimientos de Electroquímica. Los ácidos fuertes tienen una gran tendencia para producir iones H+ en disolución acuosa. Una aplicación práctica de la precipitación es la . reacciones de precipitación. es probablemente la evidencia de una reacción química que más fácilmente observan los estudiantes de química general. la propiedad más significativa de los ácidos y las bases es su capacidad de cancelarse o neutralizarse los unos a los otros. Generalmente identificamos estos átomos de hidrógeno ionizables por la forma en que se escribe la fórmula del ácido. disoluciones con agua como disolvente. ácidobase y de oxidación-reducción. Fundamentalmente se trata de los hidróxidos de los metales del grupo 1 y algunos de los del grupo 2. Por tanto hay dos maneras de indicar que en la molécula de ácido acético un átomo H es ionizable y los otros tres átomos H no lo son. Los átomos de H ionizables se separan de los otros átomos de hidrógeno en la fórmula o bien escribiéndolos en primer lugar en la forma molecular o bien indicando donde se encuentran en la molécula. no es sorprendente que se utilicen en muchos métodos de la química analítica.LABORATORIO DE QUÍMICA BÁSICA muy reducido. En una reacción de neutralización un ácido y una base reaccionan formándose agua y una disolución acuosa de un compuesto iónico llamado sal. y la forma en que cada reacción puede ser utilizada en el laboratorio. Hay tres clases diferentes de reacciones en disolución. Las disoluciones acuosas son un medio adecuado para poner en contacto cantidades de reactivo medidas con precisión y por ello. Reconocimiento de los ácidos y las bases Los ácidos contienen átomos de hidrógeno que pueden ionizarse. Neutralización Quizás. que es la formación de un sólido al mezclar dos disoluciones. La precipitación. La mayor parte de las reacciones que se realizan en un laboratorio de química general se hacen en disolución acuosa. con objeto de entender la naturaleza de las sustancias involucradas. los cambios que ocurren en ellas. la purificación de aguas y la destrucción de los productos tóxicos. por tanto. es transportada a través de la disolución gracias a la migración de los iones. la muestra es una disolución de cloruro de bario. Si se forma un sólido blanco. En la disolución los iones positivos (cationes) son atraídos hacia el electrodo negativo o cátodo y los iones negativos (aniones) son atraídos hacia el electrodo positivo o ánodo. como resultado de una reacción ácido-base. sí es soluble en ácido clorhídrico. que pueden encontrarse en todos los aspectos de la vida. hasta los procesos de fabricación de compuestos químicos. en un electrodo se crea una carga positiva y en el otro una carga negativa (derecha). podemos salir de dudas fácilmente añadiendo unas gotas de disolución de nitrato de plata a una pequeña muestra del líquido. no sabemos si el líquido claro e incoloro contenido en una botella sin etiqueta es una disolución de cloruro de bario o de nitrato de bario. o hasta en temas prácticos tales como el blanqueado de las fibras. Como consecuencia. El tercer tipo de reacciones que se presentan son las reacciones de oxidación-reducción. . HCl(aq). El hidróxido de magnesio es una base. Si. Los iones Ag+ del nitrato de plata y los iones Cldel cloruro de bario se combinan para producir un precipitado insoluble de AgCl(s). Aunque el Mg(OH)2(s) no es soluble en agua. desde las reacciones en los organismos vivos. Las reacciones de precipitación son el primer tipo de reacciones que se estudia en este capítulo. Una fuente externa de electricidad hace pasar electrones desde una barra de grafito hasta la otra. si no sucede nada. por ejemplo. eléctrica de las disoluciones En la disolución se sumergen dos barras de grafito denominadas electrodos. Conductividad acuosas. Esta es la reacción mediante la cual la leche de magnesia neutraliza el exceso de ácido del estómago. se trata de nitrato de bario.LABORATORIO DE QUÍMICA BÁSICA determinación de la presencia de ciertos iones en la disolución. La carga eléctrica. Dicho en otras palabras. pH y poH . Un electrolito débil tiene una tendencia débil (o baja) a producir iones. un electrolito fuerte tiene una fuerte (o alta) tendencia a producir iones. Un electrolito débil es una sustancia que está solo parcialmente ionizada en disolución acuosa.LABORATORIO DE QUÍMICA BÁSICA Un electrolito fuerte es una sustancia que está prácticamente ionizada totalmente en disolución acuosa. En general. En la década de 1830. porque la oxidación y la reducción suceden en electrodos separados. la cantidad de producto formado en una reacción de electrodo es consecuencia directa de la estequiometria de la reacción y de la masa molar del producto. Michael Faraday demostró que la cantidad de sustancia producida en un electrodo por electrólisis dependía de la cantidad de carga que atraviese la celda. La energía eléctrica se convierte en energía química en una cuba electrolítica. una celda en la que una corriente eléctrica produce una reacción no espontánea. el bioquímico danés Søren Sørensen propuso el término pH para indicar el «potencial del ion hidrógeno». Definió el pH como el logaritmo de [H+] cambiado de signo. y el electrodo donde se produce la reducción es el cátodo. La cantidad de coulombs de carga que pasan por la celda es igual al producto de la corriente en amperes (coulombs por segundo) por el tiempo en segundos: Carga (C) = Corriente (A) * Tiempo (s) La electroquímica es el área de la química que se ocupa de la interconversión de energía química y energía eléctrica. En 1909. se necesitan medir la corriente eléctrica y el tiempo en que pasa la corriente. El electrodo donde se origina la oxidación se llama ánodo.LABORATORIO DE QUÍMICA BÁSICA Pero ahora vamos a considerar una forma más conveniente de describir las concentraciones de los iones hidronio e hidróxido. Los potenciales de celda dependen . La energía química se convierte en energía eléctrica en una celda galvánica. un dispositivo donde una reacción redox espontánea se utiliza para producir corriente eléctrica. es decir. Para calcular cuántos moles de electrones pasan por una celda en determinado experimento. El potencial de celda E (llamado también voltaje de celda o fuerza electromotriz) es una medida eléctrica de la tendencia de la reacción de celda a efectuarse. Conviene separar las reacciones de celda en medias reacciones. Se puede evitar la corrosión cubriendo el hierro con otro metal. llamado ánodo. lo cual depende de la corriente y del tiempo de flujo de la misma.LABORATORIO DE QUÍMICA BÁSICA de la temperatura. La reacción de la celda incluye una oxidación en un electrodo. o simplemente poniendo al hierro en contacto eléctrico con un segundo metal que se oxide con más facilidad. cloro. que los conducen al circuito externo. Los electrodos de dos semiceldas se unen mediante un cable y se establece una conexión eléctrica entre las disoluciones a través de un puente salino. El origen de la fem es la diferencia entre la . en el proceso llamado galvanizado. El producto obtenido en un electrodo depende de los potenciales de reducción y del sobrevoltaje. las concentraciones de los iones y las presiones de los gases. cuyo proceso se llama protección catódica. y en una región catódica se reduce el oxígeno. Una celda voltaica genera una fuerza electromotriz (fem) que mueve los electrones desde el ánodo hacia el cátodo a través de un circuito externo. Las semirreacciones de oxidación y de reducción tienen lugar en zonas separadas. Una celda o pila voltaica (galvánica) produce electricidad a partir de una reacción de oxidación-reducción espontánea. se transfieren los electrones en la reacción de oxidación-reducción a las tiras de metal llamadas electrodos. hidróxido de sodio y aluminio (proceso HallHeroult) y también se utiliza en la electrorrefinación y la galvanoplastia. La cantidad de producto obtenido se relaciona con los moles de electrones que pasaron por la celda. como cinc. y una reducción en el otro. En una semicelda. La diferencia en potencial eléctrico entre los dos electrodos es el voltaje de la celda. llamadas semiceldas. La electrólisis es un proceso en el que se usa una corriente eléctrica para producir un cambio químico. El voltaje de la celda también se llama potencial de la celda o fuerza electromotriz (fem) y se designa como Ecel. Potenciales de electrodo y su medida En una celda electroquímica. llamado cátodo. La corrosión (oxidación) del hierro es un proceso electroquímico donde el hierro se oxida en una región anódica de la superficie metálica. se introduce un electrodo en una disolución. Una celda de combustible se diferencia de una batería porque los reactivos se suministran continuamente a la primera. se emplea para producir sodio. La unidad de voltaje es el voltio (V). Una batería consiste en una o más celdas galvánicas. Como los iones Na1 cerca del cátodo se reducen. en donde se oxidan. anillo y tela con asbesto. De manera similar. y se mide en volts. existe movimiento neto de iones Cl2 hacia el ánodo. en el cátodo. el electrodo en el cual se efectúa la reducción se llama el cátodo. A la fem de una celda se le llama potencial de celda. Material poroso (corcho). y el electrodo en el cual efectúa la oxidación se llama ánodo. Una batería o alguna otra fuente de corriente eléctrica directa actúa como una bomba de electrones. 2 Pares de conexiones con caimanes. Al igual que en las celdas voltaicas. 1 Electrodo de Níquel (ánodo).LABORATORIO DE QUÍMICA BÁSICA energía potencial eléctrica de los dos electrodos en la celda. los iones adicionales de Na1 migran hacia él. 1 Mechero de Bunsen. Ecelda. Al potencial de celda bajo condiciones estándar se le llama fem estándar o potencial de celda estándar. Una celda electrolítica consta de dos electrodos en una disolución o una sal fundida. En la electrólisis de NaCl fundido que aparece en la. 3 Electrodo de Cobre (cátodo). cediendo los electrones hacia un electrodo y aceptándolos desde el otro. 1 Pinzas largas. los iones Na1 aceptan los electrones y se reducen a Na. Las reacciones de electrodo para la electrólisis del NaCl fundido se resumen de la siguiente manera: DESARROLLO PRÁCTICA MATERIALES 1 Celda de acrílico transparente. DE LA . 1 Fuente de alimentación de 0 a 30 Volts. . Al alcanzar la temperatura. 1 Vaso de precipitados de 250 cm3. secarlos bien. Realizar esta operación con precaución.LABORATORIO DE QUÍMICA BÁSICA 1 Pinzas para vaso de precipitados.Preparar los electrodos de Cobre: el decapado se realiza introduciéndolos por unos segundos en la solución de H 2SO4 (1:1).Calentar la solución de Sulfato de Níquel (NiSO 4*6H2O) a una temperatura de 60° C. 3. . colocando el ánodo dentro de la misma. 2.-Instalar la cuba sin solución. retirarla con las pinzas y vaciar aproximadamente 200 ml de solución en la cuba del acrílico. Algodón. utilizando las pinzas largas para manipular los electrodos y lavarlos con agua destilada.. 1. 1 Agitador de vidrio. 1 Termómetro. REACTIVOS Solución de NiSO4*6H2O Solución de H2SO4 (1:1) Agua destilada PROCEDIMIENTO PRIMERA PARTE. 1 Vaso de precipitados de 500 cm3. . con un voltaje de 6 Volts. debido a una densidad de corriente muy alta. 2. Posteriormente hacer circular corriente eléctrica de 6 Volts durante 30 segundos. después extraer el electrodo de la solución.Preparar otro electrodo de Cobre como en la primera parte (puntos 2 y 3). hacer circular corriente eléctrica durante 30 segundos y un voltaje de 6 Volts. Observar y tomar nota. observar y tomar nota.Lavar el material y vaciar la solución de la cuba (Sulfato de Níquel) al vaso de precipitados de 500 cm3. Limpiar perfectamente los electrodos de cobre.Instalar al centro de la cuba y dentro de a solución caliente el material poroso. 3. e inmediatamente colocar las conexiones de caimanes en el lugar correspondiente. Observar y tomar nota.. SEGUNDA PARTE 1...Introducir el electrodo de Cobre (cátodo). 5.. 2. desconectar después de transcurrido el tiempo indicado. se observará que se forman “lengüetas” en el cátodo.LABORATORIO DE QUÍMICA BÁSICA 4..Preparar el tercer electrodo de Cobre como la primera parte repitiendo los pasos 2 y 3.. AL TERMINAR APAGAR LA FUENTE . TERCERA PARTE 1. al terminar apagar la fuente de corriente.Hacer circular corriente eléctrica durante 30 segundos. NOTA: Si el tiempo del depósito es excesivo.Acercar el cátodo de 1 a 2 pulgadas de separación con el ánodo. en la celda electrolítica. LABORATORIO DE QUÍMICA BÁSICA . el cual se oxidara y los electrones viajaran a través de una sustancia electrolítica donde una celda de energía convierte a los reactivos de menor energía en productos de mayor energía. 7.¿Qué efecto se logra al introducir un material poroso en el centro de la solución (separando el ánodo y el cátodo)? Aumenta la velocidad de iozación...El paso de un faradio ¿qué ocasiona? Que se deposite o se desprenda un equivalente químico de cualquier sustancia.LABORATORIO DE QUÍMICA BÁSICA CUESTIONARIO 1.. 6. Se requiere un ánodo que le transfiera electrones. se producen átomos o moléculas con carga eléctrica rápidamente. 5.Escriba las reacciones que se llevan a cabo en los electrodos. es decir. 4.. mientras que en .¿Qué función tiene la fuente de poder en la práctica? Se usa la energía eléctrica para activar una reacción no espontanea. un ánodo y un cátodo.¿Qué efecto tiene el acercar el cátodo al ánodo? La diferencia de potencial entre ambos electrodos se hace menor debido a que se redujo la distancia por lo tanto mover las cargas de un electrodo a otro requiere de menos trabajo y la reacción se hará en menos tiempo.¿Cuál es la diferencia entre una celda electrolítica y una celda galvánica? Una celda galvánica genera energía mediante la interacción de iones o sea 2 electrodos. En el ánodo Zn0 se perdieron 2 electrones y cambio a Zn +2 por lo tanto ocurre una semireacción de oxidación que indica que pierde electrones En el cátodo Cu+2 se ganaron 2 electrones y cambio a Cu 0 por lo tanto ocurre una semireacción de reducción que indica que ganó electrones 3... 2.Indique todo lo que se requiere para que exista depósito en el cátodo. Proporciona la corriente eléctrica necesaria para que exista una transferencia de electrones entre ambos electrodos.. SEGUNDA PARTE Al hacer el mismo procedimiento de la primera parte pero ahora acercando el cátodo al ánodo a una distancia de 1 pulgada. notamos que el cátodo Cobre comenzó a hacer una reacción más intensa y al finalizar los 30 segundos.. la placa de cobre se hizo más oscura casi tornándose negra. en un electrodo se crea una carga positiva y en el otro una carga negativa. TERCERA PARTE Al poner en medio el material poroso de la cuba y realizar el mismo procedimiento que en los pasos anteriores. paso algo similar a la primera parte solo que esta vez notamos un cambio de color plateado más oscuro que el obtenido en la primera parte. CONCLUSIÓN: Como resultado de la práctica realizada concluimos que si se hacen pasar electrones de una fuente externa de electricidad desde una placa hasta la otra..¿Por qué se requiere hacer un decapado previo en las muestras? Para eliminar impurezas en los electrodos y que no se encuentren contaminados con grasa o residuos y así lograr una buena reacción química. como consecuencia.LABORATORIO DE QUÍMICA BÁSICA una celda electrolítica se requiere de energía eléctrica para producir una reacción química. 8.¿Cuál es el efecto de la concentración de la solución en la parte experimental? Aumenta la conductividad del electrolito lo que significa que la reacción efectuara con mayor intensidad y con menos tiempo requerido. En la disolución los iones positivos (cationes) son atraídos hacia el electrodo negativo o cátodo y . 9. OBSERVACIONES PRIMERA PARTE Al hacer circular corriente con un voltaje de 6 Volts por un tiempo de 30 segundos el cátodo de cobre se tornó de un color plateado a gris. los productos de la electrólisis se pueden predecir mediante la comparación de los potenciales de reducción asociados con posibles procesos de oxidación y reducción. . Editorial Pearson. en el cual un metal baña a otro metal. décima edición. así como también para otras aplicaciones como lo son la fabricación de monedas al bañar un núcleo de cinc con cobre.LABORATORIO DE QUÍMICA BÁSICA los iones negativos (aniones) son atraídos hacia el electrodo positivo o ánodo. En nuestra hipótesis suponíamos que la electrolisis solo podía llevarse a cabo en celdas voltaicas como las que contienen las pilas y los acumuladores. Química. McMurry. 5ta edición. Quimica General. 2005. 4. en este caso más barato que el primero. 2007. décima edición. Quimica General. La práctica es de gran importancia. ya que se acerca bastante al campo de la ingeniería eléctrica y de puede ser de gran ayuda el método de la electrolisis en el diseño y la fabricación de componentes eléctricos. editorial Mc Graw Hill. Pearson Prentice Hall. Por lo general. es transportada a través de la disolución. Editorial Pearson. 3. Petrucci. novena edición. pero nos dimos cuenta que la electrolisis interviene en muchos más procesos. para así lograr resultados decorativos o simplemente para protección de la corrosión. 2010. como puede ser el baño electrolítico. Brown LeMay Bursten. Raymond Chang. por tanto. 2. Bibliografía: 1. Química. la ciencia central. La carga eléctrica.