Nombre de la práctica:
IV.8 Termodinámica de una celda galvánica Práctica
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Camacho Pineda Luis Fernando Lobato Machuca Carlos Eduardo López Gachuzo Alexia Joana Reséndiz Quirino Yurenny Anayetzi
Revisó:
Mtra. Eustolia Muñoz Rodríguez
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Mtra. Eustolia Muñoz Rodríguez
Fecha: Viernes 7 de octubre de 2016 Fecha: 07/10/2016 Fecha: 07/10/2016
Contenido Página
I. CONOCIMIENTOS PREVIOS II. OBJETIVO
III. PROCEDIMIENTO
IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN V. CONCLUSIONES
VI. BIBLIOGRAFÍA
Consultar en la literatura los valores para la fem estándar de las medias reacciones de la celda galvánica con la que se pretende trabajar. Cátodo
Fe(CN)-+e--→Fe(CN)……-E°=0.36V
Ánodo
AgCl+ e- -→Ag+Cl- E°=0.22 V
Bockris John, Reddy K.N. Amulaya. Electroquímica Moderna: Volumen II. Calcular la fem a las temperaturas que se trabajaran en esta práctica para la reacción completa, con cada una de las siguientes concentraciones: 0.01, 0.05, 0.075 y 0.1 molar de cloruro de sodio asumiendo que los coeficientes de actividad son uno. Cada equipo deberá traer sus propios
cálculos el día de la práctica.
E celda (V) E celda (V) E celda (V) E celda (V) Temperatura K 0.01 M 0.05 M 0.075 M 0.1 M 273 0.0910 0.1073 0.1115 0.1145 283 0.0893 0.1062 0.1106 0.1136 293 0.0875 0.1051 0.1096 0.1128 298 0.0867 0.1045 0.1091 0.1123 303 0.0857 0.1040 0.1086 0.1119 313 0.0841 0.1029 0.1077 0.1110 323 0.0824 0.1017 0.1067 0.1102
relación con la energía libre de Gibbs, la entalpía y la entropía. ∆G=∆H-T∆S
∆G<0 debido a que el proceso es espontaneo E>0 puesto que se trata de una celda galvánica ∆S tiende a incrementarse
∆H es negativo
C.L. Mantell. Ingeniería Electroquímica: Información Exhaustiva de la Teoría y Práctica de los Procesos Electroquímicos Industriales de sus Aplicaciones y Productos.
Investigar que es el coeficiente de temperatura en una celda galvánica. Efecto de Temperatura
Ordenando la ecuación de Gibbs- Helmholtz, el efecto de temperatura sobre la fem reversible se expresa como:
-nFE = ΔH – T[∂(nFE)/∂T ]p
Puesto que el término [∂(nFE)/∂T ]p es la derivada del cambio de energía libre con respecto a la temperatura a una presión constante, entonces esto es igual a ΔS. De esta manera,
T[∂(nFE)/∂T ]p = T ΔS = - Q
Donde Q representa la cantidad de calor involucrado en la reacción global de la pila galvánica.
C.L. Mantell. Ingeniería Electroquímica: Información Exhaustiva de la Teoría y Práctica de los Procesos Electroquímicos Industriales de sus Aplicaciones y Productos.
II. OBJETIVOS
1. Determinar las características termodinámicas de una celda galvánica 2. Medir experimentalmente la fuerza electromotriz de una celda galvánica
como una función de la concentración del ión cloruro y la temperatura.
III. PROCEDIMIENTO
Antes de armar la celda galvánica como tal se preparó un puente salino. Se preparó una solución 1 M de KNO3 y 2.5 g de agar bacteriológico, se calentó hasta su completa
disolución e inmediatamente se vertió en un tubo de vidrio en “U”; el tubo se sumergió en agua helada para acelerar la solidificación. La celda galvánica se armó con una media celda que estaba compuesta por 10mLdesoluciónde ferrocianurodepotasio0.1My10mLde ferricianuro de potasio 0.1 M junto con un electrodo de platino (la cual permaneció así durante todo el experimento),y otra media celda con 20mLde NaCl0.05 M(cada equipo trabajó con concentraciones distintas) y un electrodo de Ag/AgCl.
Una vez armada la celda, ésta se conectó a un voltímetro. El vaso de precipitado que contenía la solución de NaCl fue sumergido en un baño maría el cual gradualmente varió su temperatura ( 273, 283, 293, 298, 303, 313 y 323 K). Se registraron los voltajes que presentaba la celda a cada una de las temperaturas.
IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Figura 1. Celda galvánica, izquierda solución de ferricianuro y ferrocianuro y derecha solución de NaCl 0.05M.
Hasta el momento, hemos podido calcular el E0
(celda), haciendo uso de los potenciales estándar de reducción a 25°C, lo que quiere decir que hemos encontrado el potencial de celda, pero a condiciones estándar.
Los estudios realizados sobre celdas galvánicas, han revelado que hay una dependencia entre la concentración de reactivos y productos en la relación de la celda y la fem.
Cuando la concentración de los reactivos aumenta, la fem también lo hace, cuando la concentración de los productos aumenta la fem disminuye.
Según los datos que obtuvimos podemos
obtener una gráfica de potencial contra
temperatura.
Gráfico 1. Representación de potencial eléctrico contra la temperatura, agregando línea de tendencia Temperatura, K E (V) Concentración, M 0.05 273 (realmente 2 °C) 0.153 283 0.137 293 0.131 298 0.128 303 0.125 313 0.120 323 -E, v Temperatura, K
Ahora que tenemos estos datos, es conveniente que hagamos una regresión lineal para poder calcular los parámetros termodinámicos correspondientes guiándonos de la siguiente ecuación.
El coeficiente de correlación para estos datos resulto ser de -0.9655, por lo que tenemos un comportamiento lineal, dentro de la regla. Por lo que es coeficiente δE/δT= -7.85E-4 V/K, con esta información podemos calcular las propiedades termodinámicas de este proceso.
Utilizaremos las siguientes ecuaciones: G = - n*F*E (1)
S = n*F* ( E/T)P (2)
H = - n*F E - T * ( E / T)P (3)
Por lo que para cada uno de los datos obtenidos recalcaremos los resultados en la siguiente tabla. T, K E, V δE/δT, V/Kx10-4 G, J/mol x103 S, J/molK H, J/mol x103 273 0.153 -7.85 44.3 -227.25 106.33 283 0.137 39.6 103.97 293 0.131 37.9 104.51 298 0.128 37.0 104.77 303 0.125 36.2 105.04 313 0.120 34.7 105.87
La fem producida un una celda electroquímica, aun cuando no se le suministra energía es causada por el transporte de iones en la media celda de la solución al electrodo o del electrodo a la solución. La reversibilidad termodinámica se refiere a que el proceso termodinámico que se lleve a cabo, pueda regresar en determinado momento y bajo las condiciones adecuadas, a las características principales. Todo sistema en el cual se genera un proceso, tiene propiedades termodinámicas calculables. Dependiendo de la forma en que el proceso se lleve a cabo, existirá o no la reversibilidad termodinámica. Es muy poco probable que en caso de que exista esta reversibilidad, se realice en un 100%.
V. CONCLUSIONES
Se determinaron las características termodinámicas de la celda galvánica de NaCl a distintas concentraciones, calculando la energía libre de Gibbs. Se midió la fuerza electromotriz de la celda galvánica en función de la concentración de cloruros(0.01y0.075M) y la temperatura en °K.
VI. BIBLIOGRAFÍA
Bockris John, Reddy K.N. Amulaya. Electroquímica Moderna: Volumen II.
C.L. Mantell. Ingeniería Electroquímica: Información Exhaustiva de la Teoría y Práctica de los Procesos Electroquímicos Industriales de sus Aplicaciones y Productos.
