Practica-1-Electroquimica-4 (9)

(1)

Instituto Politécnico Nacional Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Química e

Industrias Extractivas

(ESIQIE

!ractica "o.#

$ELEC%&'LISIS

)rupo*

2PV51

!ro+esor*

•

Roberto Casillas Muñoz

Integrantes*

Alavez Olmos Vicente

Correa Cruz Israel

García Valdez ernando

Re!es Gonz"lez #onatan

Ville$as Ramos Adri"n #es%s

(2)

,EC- /E E"%&E)* -.('P/I'M0R'.21 0"/ICE • Ob3etivo44444444444444444444444444444 4444444444444  • Marco /e6rico77 444444444444444444444444444444444 444447  • 8esarrollo 447 444444444444444444444444444444444 444444 5 • Resultados 444444444444444444444444444444444 44444444  • Observaciones44444444444444444444444444 4444444444444 9 • Conclusiones444444444444444444444444444 4444444444444

-&'(I)I'* 'scuela (u+erior de In$eniería )uímica e Industrias ',tractivas P"$ina 2

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•

'b1etivos )eneral

• 'l alumno identi:car" el ;en6meno de la electrolisis mediante la construcci6n de un sistema electrolítico a escala laboratorio ! +lantear" su mecanismo

'b1etivos Especí2cos

Armar un sistema electro<uímico +ara realizar la electrolisis

Clasi:car las sustancias en soluci6n como conductoras o no de la electricidad

Plantear el mecanismo de conducci6n de los electrolitos en corriente alterna ! corriente directa

Ar$umentar la ausencia de conducci6n en los no electrolitos

Reconocer los di;erentes estados de a$re$aci6n de las sustancias +roducidas +or las reacciones en el c"todo ! de o,idaci6n en el "nodo

3arco %eórico

Se entiende por electrólisis al proceso no espont4neo de conducción el5ctrica en electrolitos6 acompa7ado de reacciones químicas de óxido8reducción en la super2cie de los electrodos que 9acen contacto con el electrolito debiendo imponerse entre ellos una +uer:a de potencial mínima (E/ necesaria para +acilitar dic9o proceso.

En #;<<6 lessandro =olta descubre la pila que lleva su nombre6 adem4s la existencia del potencial de descomposición (E/ que es

necesario alcan:ar o rebasar para que se d5 el +enómeno electrolítico> ya en #;?@6 3ic9ael ,araday descubrió y publicó leyes que rigen cuantitativamente los procesos catalíticos y dio nombre a los di+erentes componentes de que dan lugar a la trans+erencia de electrolitos.

sí es como =olta descubre que antes de alcan:ar el potencial E/6 el

electrolito conduce tenuemente la electricidad como si se tratara de un resistor el5ctrico6 design4ndolo como $de etapa de conducción la primera clase6 pero al llegar a E/ y rebasarlo6 el electrolito adem4s

de presentar reacciones en los electrodos6 conduce muc9o me1or la electricidad que en la etapa previa design4ndose como $de etapa de conducción la segunda clase.

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,araday nombró iones aquellas partículas atómicas o moleculares con de2ciencia o con exceso de carga electrónica en su Altima capa electrónica6 pues responden a la aplicación de campos el5ctricos di+undi5ndose por el electrolito. Los cationes de carga (B 9acia la terminal (8 o c4todo y los aniones de carga (8 9acia la terminal (B o 4nodo. %ambi5n se acu7ó el t5rmino $electrólisis6 como rompimiento debido a la electricidad.

&eacciones catódicas simples son la evolución de - desde una solución 4cida con electrodos inertes o la deposición de cobre sobre un c4todo de cobre desde una solución de sul+ato cAprico.

@-B _{B @e}8

-@(g Cu@B 8 @e8 Cu<

&eacciones anódicas 9abituales son la evolución del oxígeno sobre electrodos inertes desde una solución acuosa alcalina*

@I8 _{8 @e}8 _I @

/ebe en+ati:arse que durante una electrólisis no existe acumulación ni p5rdida de electrones en el electrolito6 por lo que debe observarse en el mismo un balance de trans+erencia de carga el5ctrica.

/ebe anotarse que a di+erencia de los conductores met4licos o del gra2to6 en el conductor electrolítico no existen electrones libres como portadores de carga6 sino iones6 y que es 9asta que se presenta el proceso químico 9eterog5neo de trans+erencia carga entre los electrodos y los iones a un potencial igual o mayor a Ed 6 cuando se

tiene electrólisis6 debiendo ser simult4neos y complementarios los procesos de reducción o de $toma de electrones de los cationes en el c4todo6 con respecto a los de cesión de electrones de los aniones 9acia el 4nodo6 posibilit4ndose así la conducción el5ctrica por el electrolito6 con la producción continua de especies químicas nuevas resultado de los procesos redox asociados.

Las reacciones redox en electrolitos acuosos se acompa7an +recuentemente de la electrólisis del agua6 es decir6 en el c4todo se libera - y en el 4nodo la cantidad equivalente de '6 pero si existen en solución iones que compitan en5rgicamente con los iones -B_{y '-}8_del

agua6 o con uno de ellos solamente6 entonces solo se consumir4 parcialmente el agua6 o bien6 se generar4 ya se acide: en el 4nodo o alcalinidad en el 4nodo continuamente en el segundo caso6 segAn avance la electrólisis.

símismo6 la electrólisis puede 9acerse con corriente alterna6 solo que su +recuencia y la naturale:a de los electrodos y del electrolito6 dan &'(I)I'* 'scuela (u+erior de In$eniería )uímica e Industrias ',tractivas P"$ina =

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lugar a la reversibilidad o no del proceso electrolítico6 es decir6 al alternar el car4cter del c4todo y 4nodo puede alcan:arse la reversibilidad de las reacciones redox en cada electrodo o e+ectuarse una descomposición continua con productos interme:clados de los procesos redox respectivos.

En cambio6 en la electrólisis con corriente directa se tienen productos de2nidos y separados en 4nodo y c4todo6 los que pueden separar y cuanti2car convenientemente. !or Altimo6 la electrólisis de sales +undidas requiere de electrodos resistentes a las altas temperaturas y de que no reacciones con los productos de la electrólisis produci5ndose adem4s un $siseo característico de 5ste +enómeno en la cercanía de los electrodos.

3ateriales

Cone,iones el>ctricas? alambres con +unta de caim"n 1 ;oco de base de = @atts

1 multímetro anal6$ico o di$ital 2 cristalizadores

2 vasos de +reci+itado de 25 ml

2 clavos de ierro de 2 +ul$adas &electrodos* 1 ca+sula de +orcelana

1 mecero bunsen

1 tri+ie con malla de asbesto 1 ;uente de corriente alterna 1 ;uente de corriente directa

Sustancias y Soluciones

• Vina$re • Bcido sul;%rico • A$ua destilada • A$ua de la llave • idr6,ido de sodio • Alcool etílico

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• Bcido ac>tico • Coca cola • Pa+a

• Ditrato de +otasio

/esarrollo Experimental

&'(I)I'* 'scuela (u+erior de In$eniería )uímica e Industrias ',tractivas P"$ina 

Para la e,+erimentaci6n en el laboratorio se nos +ro+orcionaron di;erentes

sustanciasE idr6,ido de sodio? vina$re? "cido ac>tico? a$ua de la llave? a$ua

Calibrar el multímetro +ara la e,+erimentaci6n? ! armar el circuito de

corriente alterna con los caimanes aderidos al ;oco7

/omar los electrodos con los caimanes sumer$i>ndolos en cada una de las di;erentes sustancias +ara clasi:carlas

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&esultados

(oluci6n 'lectrolito

Observaciones uerte 8>bil Do

Vina$re  (in encendido

Bcido sul;%rico  (in encendido

A$ua destilada  (in encendido del ;oco

A$ua de la llave  'ncendido del :lamento

idr6,ido de sodio  'ncendido del ;oco

Alcool etílico  'ncendido del ;oco

Bcido ac>tico  'ncendido del ;oco

Coca cola  'ncendido del ;oco

+a+a  'ncendido $radual del

;oco

%L #. C'3!'&%3IE"%' /E /I,E&E"%ES S'LDCI'"ES

(oluci6n 'lectrolito _{Observaciones}

uerte 8>bil Do (oluci6n de (ul;ato de (odio al 1F CORRI'D/' A/'RDA (oluci6n de (ul;ato de (odio al 1F CORRI'D/' 8IR'C/A

 'ncendido del ;oco

Para el e,+erimento del nitrato de

+otasio suministrarle calor ! de3ar asta ebullir? +osteriormente sumer$ir los electrodos en la soluci6n ! determinar la intensidad de corriente el>ctrica <ue

Para la e,+erimentaci6n en el recti:cador suministrarle una corriente de 5 Volts a la reacci6n asta observar un burbu3eo ! +osteriormente añadir dos $otas de

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%L @. C'3!'&%3IE"%' /EL SDL,%' /E S'/I'

#. Explique qu5 ocurre cuando la solución de sul+ato de sodio se

conecta a la corriente alterna (C

@. Explique el +enómeno que ocurre cuando se conecta la misma solución en corriente directa (C/(+undamente su

respuesta.Escriba las reacciones que se llevan a cabo en el 4nodo y en el c4todo para este +enómeno.

l aplicarle corriente directa a la solución que en un principio se mantenía sin ningAn cambio provocamos una reacción de óxido reducción por el incremento de energía en nuestros reactivos por lo que el cambio de color por la +enol+taleína presente se debe a que en estas reacciones inducidas se produ1eron bases o nuevas especies que provienen de reacciones secundarias. dem4s de que este +enómeno se produce debido a que nuestro 4nodo y c4todo invierten su +unción unas < veces por minuto.

&eacciones

@'-8_8@e8_{88888888888888888888888#F@'}

@()B-@

-@'GGGGGGGEGGGGGGGGG -@(gB '-8

,ormación de oxigeno e 9idrogeno en +orma de gas en el 4nodo y c4todo.

!roductos +ormados de las reaccione secundarias*

'-8 _'

@ (g

-@' -@ (g

-@S'H 88888888888888888888888888 a una nueva concentración.

&'(I)I'* 'scuela (u+erior de In$eniería )uímica e Industrias ',tractivas P"$ina H

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%L ?. C'3!'&%3IE"%' /EL "I%&%' /E !'%SI'

(oluci6n 'lectrolito _{Observaciones}

uerte 8>bil Do Ditrato de Potasio

(olido 

Ditrato de Potasio

i<uido 

Explique el +enómeno +undamentando su respuesta

'n el e,+erimento de nitrato de +otasio solido no la raz6n +or la <ue no

conduce la corriente en estado s6lido es debido a su estructura molecular <ue la de3a Juir a trav>s del mismo? +ero en estado lí<uido es un mu! buen conductor7

'bservaciones

lave: 'lmos =icente

(e +udo observar <ue dentro de la disoluci6n sur$en burbu3as +or lo <ue este ;en6meno es el $as +roducido +or el rom+imiento de las mol>culas de a$ua <ue a su vez sucedi6 en distintas disoluciones este ;en6meno?

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!a <ue tambi>n se +udo ver como el $as avanzaba r"+ido en el c"todo mientras <ue en el "nodo era mu! lento? de tal ;orma <ue el <ue se redu3o ;ue el  del a$ua7

Adem"s tambi>n se observ6 <ue el "nodo tiene un li$ero color amarillento? así como tambi>n se +udo observar <ue en al$unas disoluciones reversibles al de3ar +asar un tiem+o la coloraci6n de la disoluci6n ;ue amarilla ! <ue esto se debe a la interacci6n <ue a! dentro? teniendo en cuenta <ue teníamos electrolitos ;uertes ! d>biles? <ue en este caso los ;uertes se disolvían mu! bien !a <ue era una soluci6n i6nica? en cambio los d>biles en las disoluciones i6nicas son mu! malos !a <ue no se disuelven mu! mal ! <ue a su vez su conducci6n es mu! mala? así como una disoluci6n o com+uesto s6lido como lo ;ue la sal <ue al tener su estructura cerrada no izo interacci6n ! al momento de calentarse su estructura ;ue abierta ! cambio su conducci6n de mu! mala a buena? !a <ue esto se debe a <ue el DaCl es una sal i6nica de red cristalina? <ue consiste en mol>culas de ClK ! DaL unidos +or enlace i6nico? +or lo <ue este enlace no conduce la electricidad en estado s6lido ! como se +udo observar al lle$ar a su +unto de ;usi6n +ara derretirla !a <ue las car$as del ClK ! DaL est"n libres ! al ser de +olos o+uestos conducen la ener$ía ! adem"s se +resenta una o,idaci6n de iones con res+ecto al cloro7

Correa Cru: Israel

Al$unas cosas <ue +udimos observar en el e,+erimento es como la +resencia de sales o de sustancias <ue +ueden liberar iones suelen ser las m"s conductivas como es el caso del "cido sul;%rico <ue libera iones L o el idr6,ido de sodio <ue libera iones OK? los buenos conductores al ser su resistencia mínima o +oca o+osici6n al +aso de corriente no se +uede +ercibir un cambio en la tem+eratura? +ero con res+ecto a los <ue son medianamente conductores como es el caso de la +a+a o no son conductores como el a$ua destilada? se +odía +ercibir un cambio en la tem+eratura ! asta <uemaduras como en el caso de la +a+a7

'n cuanto a los otros dos e,+erimentos +udimos ver como la sal en estado solido +resenta resistencia al +aso de la corriente inclusive calent"ndose un +oco? +ero al ;undirse el +aso de la corriente se +udo observar ! adem"s se +resent6 una intensidad luminosa en el ;oco bastante considerable lo <ue indica <ue es un buen conductor7 Por otra

&'(I)I'* 'scuela (u+erior de In$eniería )uímica e Industrias ',tractivas P"$ina 1

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+arte en el tercer e,+erimento realizado observamos cambios de coloraci6n en la soluci6n lo <ue indica la +rescencia de los iones interactuando en las reacciones R'8O? +ero des+u>s observamos una se$unda coloraci6n con el +aso del tiem+o lo <ue nos da a entender <ue e,isten reacciones secundarias en el +roceso de electrolisis <ue terminan +or liberar $ases7

)arcía =alde: ,ernando

',+erimentamos con 9 sustancias con distintas +ro+iedades utilizando ierro como material +ara los electrodos7

Contamos con una ;uente la cual consistía en un circuito de corriente alterna +ara determinar la intensidad de corriente <ue $eneraban las sustancias ! +oder clasi:carlas de acuerdo a su buena o mala conducci6n de corriente el>ctrica7

a e,+erimentaci6n con cada una de las sustancias la realizamos sobre un aislante +ara tener ma!or se$uridad +uesto <ue la zona de e,+erimentaci6n del laboratorio es de acero ino,idable? en este caso el aislante ;ue una tabla de madera? adem"s de una ca+a de ule +ara cubrir la ma!or +arte del acero ino,idable7

'l idr6,ido de sodio actu6 como un buen conductor de corriente el>ctrica? al reJe3arse una mu! buena intensidad en la bombilla7

'l vina$re +rovoc6 +oca intensidad en la bombilla? +or lo <ue no es un buen conductor7

'l "cido sul;%rico se com+ort6 como un buen conductor7

'l a$ua de la llave se catalo$a como un mal conductor de la corriente el>ctrica? aun<ue se observ6 un li$ero Ju3o de corriente a trav>s de la bombilla? esto ocurre debido a <ue dentro de su concentraci6n a! +artículas de sodio7

Mientras <ue el a$ua destilada es nula ! no +ermite el +aso de la corriente el>ctrica7

'l e,+erimento con la +a+a demostr6 <ue la +a+a act%a como un resistor? !a <ue la bombilla se va calentando +oco a +oco7

Por %ltimo el re;resco de cola demostr6 ser un mal conductor? +ero al entrar en contacto con los electrodos se +roducía e;ervescencia en la sustancia7

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&eyes )on:4le: onat9an

A<uellas soluciones o electrolitos <ue no conducen la corriente el>ctrica son consideradas como resistencias? adem"s de la raz6n +or la <ue no conducen la corriente el>ctrica es debido a su ;alta de sales? <ue son necesarias +ara <ue +ueda aber conductividad

a sal ;undida o nitrato de +otasio es $ran conductor debido a <ue suelta o,ido ;>rrico a ma!or velocidad7

N al :nal en el e,+erimento de la corriente directa se demostr6 <ue al a+licar corriente directa a la soluci6n con ;enol;taleína? se +roduce una reacci6n o,ido reducci6n en +resencia de la corriente directa e iso <ue la soluci6n reaccionara ! +roducir nuevas es+ecies en sus reacciones secundarias <ue +roducen las bases <ue son las <ue $eneran el cambio de coloraci6n en la soluci6n7 Adem"s esto se $enera debido a <ue los metales "nodo ! c"todo cambian de lu$ar unas  veces +or minuto7

=illegas &amos dri4n esAs

8urante la +r"ctica se observ6 el ;en6meno de la electr6lisis? en la cual se usaron varias sustancias como medio +ara la trans;erencia de electrones7 (e +udo observar <ue al$unas sustancias como un idr6,ido era un medio <ue conducía bien la electricidad? ! otros como el "cido son a%n me3ores7 (in embar$o tambi>n ubo medios malos como el a$ua de llave ! el vina$re? !a <ue el ;oco no encendi67 /ambi>n se us6 una +a+a ! se encontr6 <ue >ste tub>rculo conduce $radualmente la electricidad? es decir? al inicio el ;oco no encendía ! al +asar el tiem+o <ued6 com+letamente encendido7

inalmente se observ6 una sal ;undida? la cual estando a%n caliente es un semiconductor ! ;ría es un no conductor7

Conclusión

lave: 'lmos =icente

'l ;en6meno de la electrolisis es una ;uente de electricidad? la cual a trav>s de una reacci6n <uímica nos +uede +roducir ener$ía ! viceversa? +or medio de la corriente el>ctrica <ue +roviene del electrodo? <ue a su vez <ue va descom+oniendo los com+uestos <uímicos ! disoci"ndolas en iones? !a <ue +or medio de una reacci6n o,idoKreducci6n &R'8O* ace <ue ocurra este +roceso de la electricidad ! la ;uente de alimentaci6n alterna en este caso se encar$a de a+ortar ener$ía necesaria? +or lo

&'(I)I'* 'scuela (u+erior de In$eniería )uímica e Industrias ',tractivas P"$ina 12

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tanto tambi>n se +udo com+robar <ue los electrodos conectados a la ;uente de alimentaci6n el>ctrica? <ue en este caso el +olo +ositivo es el "nodo ! el ne$ativo es el c"todo ! <ue a su vez estos se encar$an de +oder llevar a cabo la electrolisis !a <ue el Ju3o de los electrodos va de +ositivo a ne$ativo en este caso aciendo <ue el +ositivo se o,ide ! el ne$ativo se reduzca? ! como !a antes mencionado a este ;en6menos se le declara o,idoKreducci6n? adem"s se +udo observar la relaci6n <ue a! entre los $ases de idro$eno ! o,i$eno <ue en este caso la relaci6n es de 2 de idro$eno +or 1 de O,i$eno7

Así mismo se +udo observar <ue en com+uestos s6lidos como la (al com%n no es tan buen conductor con otras disoluciones? ! esto se debe !a <ue su estructura es mu! cerrada +or lo <ue no a! +aso de electricidad ! no a! una disociaci6n adecuada <ue sin embar$o al someter un s6lido como la (al en calor es un buen conductor de ener$ía? !a <ue su estructura se disuelve en ;orma lí<uida ! es ;"cil de llevar una disociaci6n de mol>culas? en este caso la electrolisis tienen distintas a+licaciones ! se +uede a+rovecar así como un baño electrolítico? con lo <ue +odemos recubrir distintos ob3etos met"licos con otros ti+os de metales con +ro+iedades de ma!or uso o ca+acidad7

Gracias a esto tenemos el cromado? <ue tiene muco au$e en la in$eniería? adem"s de crear $randes cantidades de idro$eno <ue +rovienen del a$ua ! es se +uede ver en distintos motores de coetes? !a <ue al mezclarse con el o,í$eno +odemos obtener una e,+losi6n de $ran ma$nitud ! escala7

Correa Cru: Israel

/erminada esta +r"ctica concluimos <ue los ob3etivos se llevaron a cabo correctamente? $racias a <ue +udimos entender c6mo es <ue di;erentes soluciones +ermiten el +aso de la corriente debido a la tendencia <ue tienen a liberar o iones? entre estas a! soluciones <ue al no +resentar este ;en6meno o+onen resistencia al +aso de la corriente ! +resentan lo <ue se conoce como el e;ecto 3oule en el <ue la ener$ía o corriente el>ctrica +asa a mani;estarse como ener$ía calorí:ca +rovocando <ue a!a un aumento en la tem+eratura7

/ambi>n +odemos concluir <ue sobre ciertas sustancias e,iste una relaci6n entre su estructura en di;erentes estados de a$re$aci6n con res+ecto al +aso de la corriente !a <ue +ara al$unas el estado lí<uido es

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m"s ;avorable +ara conducir electricidad !a <ue las mol>culas se encuentran m"s se+aradas unas de otras lo <ue +ermite el Ju3o de electrones? caso contrario en el estado s6lido donde la cercanía entre las mol>culas obstru!e el +aso de electrones? +or lo tanto al$unas sustancia o com+uestos +uede ser conductores o no conductores de+endiendo de su estado de a$re$aci6n7

o m"s im+ortante a resaltar es <ue con esta +r"ctica +odemos com+robar el eco de <ue la ener$ía el>ctrica +asa a ser ener$ía <uímica <ue +ermite <ue se realicen diversas reacciones lo cual es el +rinci+io de la electro<uímica7

)arcía =alde: ,ernando

'n la demostraci6n con nitrato de +otasio en ;orma cristalina determinamos <ue la sal no era un buen conductor de la corriente el>ctrica esto se debe a <ue la estructura de la sal es cristalina lo cual no nos +ermite e,+erimentar +or lo necesitamos someterla a calor +ara <ue sus mol>culas se elon$en? se realiz6 de esta manera asta <ue la sal cambiara de estructura mediante el m>todo de ;usi6n lo <ue +rovoc6 una trans;erencia de electrones convirtiendo la sal en un semiconductor7 8e esta manera +odemos concluir <ue todas las sales ;undidas son conductoras de la corriente el>ctrica7

'n el e,+erimento del recti:cador la es+ecie <uímica se va acia una base en este caso acia el c"todo el cual +roduce la reacci6n alterna ! una reacci6n secundaria obteniendo un tono rosa debido a la ;enol;taleína lo cual nos com+rueba <ue a! o,í$eno siendo la reacci6n reversible7

(e conclu!e tambi>n <ue la o,idaci6n ocurre en las +untas del clavo normal? !a <ue aí es donde se concentra la ma!or cantidad del 6,ido ;>rrico +roducido +or la corrosi6n7 'sto se e,+lica !a <ue los electrones deben cruzar +or el clavo +ara +oder lle$ar a las +untas7

Podemos concluir <ue en la e,+erimentaci6n nos encontramos con reacciones redo,? debido a <ue a! trans;erencia ! ace+taci6n de electrones +or +arte las distintas sustancias7

&eyes )on:4le: onat9an

'n esta +r"ctica demostramos <ue las soluciones en +resencia de m"s sales son me3ores electrolitos? ! las <ue carecen de ellas son +oca mente

&'(I)I'* 'scuela (u+erior de In$eniería )uímica e Industrias ',tractivas P"$ina 1=

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conductoras o <ue incluso no conducen nada +odemos considerarlas como resistencias7 /ambi>n +odemos concluir <ue las su+osiciones de +resencia en o,í$eno ! nitr6$eno en ;orma de $as en las soluciones al a+licarles corriente eran correctas !a <ue mediante la observaci6n del burbu3eo en el "nodo ! c"todo se +udo corroborar7 N al :nal tambi>n se +udo demostrar <ue las reacciones eran reversibles ! <ue al re$resar a su +rimer estado? tendrían +resencia de un color amarillento <ue es la +resencia de 6,idos en ellas7

=illegas &amos dri4n esAs

Con lo visto en el laboratorio ! lo investi$ado lle$amos a <ue la conductividad el>ctrica de las sustancias de+ende &en $eneral* de su estructura molecular? !a <ue los "cidos demostraron ser los me3or conductores ! el a$ua ser el +eor? sin embar$o e,isten materiales s6lidos como la +a+a <ue condu3o $radualmente la electricidad ! la sal? <ue solo caliente se com+ortaba como semiconductor7

',isten materiales nuevos como el $ra;eno <ue es el me3or conductor del mundo ! es adem"s el material s6lido m"s resistente del mundo7 'sto nos demuestra <ue la estructura molecular no de:ne la calidad del material o sustancia como conductor7

(e identi:c6 adem"s las +artes <ue com+onen un sistema electrolítico ! el sentido en el <ue Ju!en los iones ! electrones7