INGENIERÍA DE LAS REACCIONES ELECTROQUÍMICAS
Aplicaciones de las Leyes de Faraday y Ecuación de Nernst.
PRACTICA DE LABORATORIO Nº 1
Año
Experiencia Nº 1: Calibrado de un Amperímetro con un coulombímetro de cobre.
Objetivo: Calibrar el amperímetro (determinar si el mismo funciona correctamente)
Introducción
Los coulombímetros o voltámetros son aparatos que se utilizan pare medir cantidades exactas
de electricidad, y su principio de funcionamiento, se basa en las leyes de Faraday; los más
comunes son el de cobre, mercurio, hierro, gas detonante y valoración de yodo.
Mediante un coulombímetro se determina no sólo la cantidad de corriente sino también la
intensidad media (Im) , tomando en cuenta el tiempo de duración del ensayo.
maq
en la cual:
a
Eq.Qco PM

F
zF
y
q  I t
PM  I  t
zF
reemplazando en (1):
m
y despejando I:
I  Im  m
Donde:
( 1º Ley de Faraday) (1)
zF
PM  t
a : equivalente electroquímico
m: masa depositada
t : tiempo
q: carga
I: intensidad de corriente
Im: intensidad media de corriente
Z: numero do cargas en juego
F: cte. de Faraday
F = 96500 coulombios (Amp.seg)
F = 26.6 Amp. h
PM: Peso molecular
Electrolito Utilizado:
- 125 gr CuSO4. 5 H2O
- 50 gr H2SO4 conc,
- 50 gr Alcohol etílico 96°GL.
1
- H2O dest. (necesaria para 1 lt)
El alcohol se agrega para evitar la oxidación y aumentar la movilidad de los iones.
Circuito utilizado: Serie o Galvanostático.
Esquema del circuito
Donde :
A: amperímetro
R: reostato variable
U: interruptor
B: acumulador o generador
An: cobre
Cat: cobre
Técnica operatoria:
1) Para el calibrado de un amperímetro, se cierra el circuito según el esquema; se coloca el
cátodo, previo lavado con ác. Nítrico, H2O de canilla, H2O destilada y alcohol (produce un
secado rápido y evita la oxidación). Se pesa para determinar su masa inicial.
2) Determinar la corriente de trabajo.
Para el valor deseado, el tamaño del cátodo se adapta a la I de corriente de modo que la
densidad de corriente (i) oscile entre 0,02 y 0,01 A/cm2 (Valores estipulado por la cátedra)
La densidad de corriente debe ser óptima, si es muy pequeña < 0,01 A/cm 2 no toda la
corriente se consume en la reducción del Cu2+ a Cu metálico (Cu0), ya que una parte se reduce
a Cu+ formando compuestos insolubles que se depositan en el fondo por lo cual hay déficit en
el peso del metal. Cuando la i es muy grande, se desprende H2 (g) obteniéndose depósitos de
2
Cu poco adherentes y se está perdiendo energía en la descarga de H2 en el cátodo.
Con la i y el área del cátodo, obtenemos una corriente I1, regulando esta por medio de la
resistencia variable (R), manteniéndola constante mientras dure la experiencia (t minutos
tiempo estipulado por la cátedra), la aguja del amperímetro me indica I1.
Cálculos:
Sección (A) cátodo = 2 (b x h) = (Se calcula en el laboratorio).
I=ixA
Imin = 0,01 A/cm2 x .............. cm2 = .I1 Amp
3) Al cabo de los t1 minutos, pesamos el cátodo, obteniéndose m gramos de Cu que nos
permiten obtener la Im1. (Mediante la primera ley de faraday)
Si el amperímetro es exacto I1 = Im1; si no lo es será necesario corregir la escala, sustituyendo
la I1 por Im1.
4) La técnica se repite para un valor I2 y un t2 el cual se encuentra entre el valor max. y min.
de densidad de corriente
Se repite el paso 1, TENIENDO ENCUENTA QUE NO SE LAVA CON ACIDO
NITRICO.
Se repite el paso2
Imedio A/cm2 x .......... cm2= I2
Repito el paso 3
5) Repito el paso 4, para la maxima densidad de corriente y un t3
Imax = 0,02 A/cm2 x .............. cm2 = I3 Amp
Informe.
Obtenidos todos los valores reportar en el informe lo siguiente.
I (Amp)
tiempo
I1
I2
I3
t1
t2
t3
Peso del cátodo
Peso del Cu
depositado
Im (Amp)
Graficar: Im vs. I, de modo que nos permita corregir la lectura y decir si el error es
lineal, es cuadrático o si sigue otra función, detallar conclusiones y imprevistos surgidos
durante la practica.
Escribir reacciones anódicas y catódicas, incluir circuito utilizado.
3
EXPERIENCIA N°2: Determinación de Potenciales de Electrodos, FEM de Pilas
Actividades de Iones y Constantes de Equilibrio de Reacciones
Electroquímicas
Introducción:
Al poner en contacto dos superficies conductoras: metal-electrolito; semiconductorelectrolito; sal sólida-disolución de la misma; metal-metal; óxido-electrolito; metal-sal
fundida, etc.; se genera en la interfase una diferencia de potencial; la diferencia de potencial
generada se denomina: potencial de electrodo o potencial de galvani.
No existe ningún método para medir en forma aislada esta diferencia de potencial
entre fases. Como los aparatos de medida sólo determinan diferencias o comparan
potenciales, la única manera de realizar la medida del potencial de un electrodo es
combinándolo, o sea formar una pila entre él y otro electrodo. De lo dicho se desprende que
sólo es posible conocer el valor de potencial de un electrodo si conocemos el valor de aquel
con el cual lo combinamos, por lo tanto deberá utilizarse un electrodo de referencia cuyo
valor de potencial es conocido.
En segundo lugar no es posible dar el valor de los potenciales en forma absoluta, estos
son relativos y por convención termodinámica se comparan con el valor del potencial del
electrodo reversible de H2, tomando como cero cuando la actividad del ion H+ es uno,
evolucionando el H2 a una atmósfera de presión sobre platino platinado a 25 ºC.
Entre los más importantes electrodos de referencia tenemos el Ag/AgCl cuyo potencial
estándar eo = 0,2225 V, y el electrodo de calomel: saturado, 1 normal y 0,1 normal, cuyos eo
son: 0,2450; 0,283 y 0,3356 V respectivamente.
Si formamos una pila entre el electrodo a determinar y uno estándar de H2, el valor
medido corresponde directamente al potencial del electrodo en cuestión, y está referido al H2 :
Ejemplo 1:
Ep = 0,34 V = ex - eH/H+ = ex - 0 = ex = 0,34 V
y suele indicarse 0,34 Vh ó VH ó más comúnmente 0,34 V
Ep = potencial ( f.e.m.) de la pila leído en el instrumento.
Ejemplo 2 :
Si queremos encontrar el potencial de un electrodo referido a la escala del H2,
utilizando un electrodo de Calomel saturado, se procede la siguiente manera:
Se mide la FEM de la pila formada por el electrodo a determinar y el de Calomel
saturado, luego con el valor del electrodo de Calomel saturado referido al H2 se realiza, el
cálculo.
4
Ep = - 0,685 V (valor medido conectando el electrodo de referencia al borne
negativo del instrumento).
Ep = ex - ecs
Ep = ex - 0,2450 V = - 0,685 V luego:
ex = - 0,685 + 0,2450 = - 0,44 V.
ex = - 0,44 Vh
Determinar el potencial de un electrodo de Zn.
Esquema del circuito :
Circuito Utilizado en la Determinación
del Potencial del Electrodo de Zn
(-)
(+)
V
R
Barra de Zn
(electrodo)
Elect. de
Referencia
Calomel
Saturado
Capilar
Zn++
SO4=
Se forma la pila, conectando el electrodo de referencia al (-) del milivoltímetro; y el
electrodo de Zn al terminal (+). Se mide el potencial de la pila formada. Utilizar una solución
1 N de ZnSO4 .
Determinar el potencial de un electrodo de Cu
Esquema del circuito:
Circuito Utilizado en la Determinación
del Potencial del Electrodo de Cu
(-)
(+)
V
R
Barra de Cu
(electrodo)
Elect. de
Referencia
Calomel
Saturado
Capilar
Cu++
SO4=
5
Técnica operatoria:
Idem al electrodo de Zn, se mide el potencial de la pila pero con un electrodo de Cu.
Utilizar una solución 1 N de Cu SO4 .
Determinar la FEM de la pila, formada con los electrodos de Zn y Cu.
Circuito Utilizado en la Determinación
de la F.E.M. de una pila de Cu/Zn
(-) V (+)
Puente Salino
(KCl agarizado)
Barra de Zn
(electrodo)
Barra de Cu
(electrodo
Cu++
SO4=
Zn++
SO4=
Esquema del circuito:
Técnica operatoria :
Con una agarradera doble se fijan los electrodos de Cu y Zn, se ubican dentro de sus
cubas y estas se conectan entre sí con un puente salino; el electrodo de Zn se conecta al
terminal (-) del milivoltímetro, el de Cu al (+). Una vez armada la pila, se mide la FEM de la
misma (Ep).
Informe
a) Calcular el eCu ; eZn; y la Ep de la pila formada; comparar con el valor de Ep
medido directamente.
b) Distinguir ente celda y pila.
6
7