PRCTICA No. 4 POTENCIAL NORMAL

PRCTICA No. 4 POTENCIAL NORMAL

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

LABORATORIO DE ELECTROQUMICA

PRACTICA N4POTENCIAL NORMALIntegrantes: lvarez Hernndez Ismael Cubillos Melndez Guadalupe Viridiana Mateo Ramrez Daniel Prez Aparicio Alfonso Prez Lpez Rocio

Grupo: 3IV74 Equipo: 4

OBJETIVO

Determinar experimentalmente por el mtodo del potenciomtrico el potencial normal y el coeficiente de actividad en sistemas metal-in metlico en celdas galvnicas, con respecto a un electrolito de referencia.}

Objetivos especficos

Determinar el potencial normal de sistema Determinar el potencial normal de sistema Determinar el coeficiente de actividad de los iones Determinar experimentalmente el potencial de la celda Daniel en soluciones 0.01 M de los electrolitos respectivos Calcular el % de error en las determinaciones precedentes

RESUMENCuando un metal que se caracteriza entre otras cosas por tener abundancia de electrones deslocalizados de ltima capa fcilmente disponibles para la conduccin elctrica sin brecha energtica entre la banda de valencia y la banda de conduccin del material, se pone en contacto con una solucin de sus propios iones, se constituye un sistema interracial en equilibrio de carcter dinmico, denominado simple sistema metal- ion metlico, en este se pueden establecer espontneamente cuales quiera de las tres posibilidades, determinadas por las propias caractersticas del metal y fisicoqumicas del electrolito:

a) OXIDACION: El metal se oxida y pasa del estado inico disolvindose en el electrolito dejando un exceso de electrones libres que carga negativamente al metal de origen con respecto a su estado inicial. En este caso se dice que la presin de disolucin Pd del metal excede a la presin osmtica Po de los iones.

b) REDUCCION: Los iones metlicos en solucin se reducen sobre la capa ms exterior de los tomos del metal adhirindose y empobreciendo al material en su mar de electrones o mar de Drude, causndole una capa positiva respecto a su estado inicial. En este caso, se dice que la presin osmtica supera a la de disolucin.

c) EQUILIBRIO BALANCEADO: Los fenmenos espontneos de oxidacin y de reduccin en el sistema interfasial o electrodo estn justamente balanceados y ninguna predomina sobre otro.

INTRODUCCINLas reacciones REDOX se realizan aun cuando los reactivos no estn en contacto directo, porque el intercambio de electrones se realiza mediante un conductor, que permite el flujo de electrones desde el recipiente donde se encuentra el reductor hasta el recipiente que contiene al oxidante. Aunque fsicamente estn separados, son unidos elctricamente, siendo este sistema lo que conocemos como celda galvnica.

El ejemplo ms ilustrativo es la reaccin entre zinc metlico con el ion cprico. En una solucin de sulfato cprico que se pone en contacto con zinc metlico, el zinc se disolver debido a que se oxida, mientras que el ion cobre precipita como cobre metlico, ya que se reduce. Esto puede realizarse en dos sistemas, en la que las placas metlicas se unen por un alambre conductor, y las soluciones se unen a travs de un puente salino que tiene por funcin establecer un contacto elctrico para cerrar el circuito.

La solucin y el electrodo que se encuentran en cada uno de los recipientes, forman la mitad de una celda, lo cual se conoce como semicelda; la reaccin efectuada en cada semicelda tambin es la mitad de una reaccin completa, por lo cual se denomina semirreaccin.

Potencial de electrodo

La capacidad de una sustancia para tener mayor o menor carcter ya sea como oxidante o reductor, se mide por medio del potencial que tiene el electrodo, que se asocia a una media reaccin de oxidacin o reduccin.

El potencial de un electrodo no se puede medir aisladamente, sin embargo es posible su medicin de manera relativa, para lo cual se usa una celda en la que se mide la diferencia de potencial entre los dos electrodos, pero una semicelda se utiliza como referencia. Para estos casos es utilizado un electrodo de referencia, siendo el electrodo de referencia estndar de hidrgeno o tambin conocido como electrodo normal de hidrgeno el ms empleado como electrodo de referencia universal.

El potencial de una celda se relaciona con la energa libre de la reaccin, mediante:

Donde:

n=nmero de electrones transferidos en la reaccinF=constante de Faraday

Si la reaccin se interpreta de derecha a izquierda, el potencial tiene un valor y un signo, pero si se interpreta de izquierda a derecha, tiene el mismo valor pero de signo contrario. Si el potencial se refiere a la reaccin en el sentido de la especie que se oxida, se identifica como potencial de oxidacin, y si se refiere al sentido en que la especie se reduce, se trata de un potencial de reduccin.

Si el potencial de una reaccin es positivo, significa que la reaccin es espontnea de izquierda a derecha, y si es negativo es espontnea de derecha a izquierda.

El potencial de una celda es la diferencia entre los potenciales de dos semiceldas o de dos electrodos simples, uno relacionado con la semirreaccin del electrodo de la derecha, y el otro con la semirreaccin del electrodo de la izquierda. O bien, el potencial de la semirreaccin de reduccin (ctodo), y el de la semirreaccin de oxidacin (nodo).

Potencial normal

El potencial normal de una semicelda, o tambin conocido como potencial estndar, es el potencial que se obtiene cuando la especie oxidada y la reducida indicados en la reaccin, estn en un estado normal, es decir, tienen una actividad unitaria.

El potencial estndar de un electrodo es una constante fsica importante que proporciona informacin cuantitativa con respecto a la fuerza impulsora de la reaccin de una semicelda.

Si el potencial normal de reduccin es positivo, significa que la especie qumica en su forma oxidada es un oxidante ms fuerte que el ion hidrgeno, y si el potencial es negativo, la forma oxidada de la especie es menos oxidante que el ion hidrgeno.

Cada semirreaccin contribuye con cierto valor de G a la energa libre total, siendo sta la suma de las energas libres normales de las dos semirreacciones. La reaccin global ser favorable en el sentido en el que Gtotal < 0.

Ecuacin de Nernst

El potencial de una semicelda depende de la concentracin que tiene la parte oxidada y la reducida de la especie qumica que se transforma segn la semirreaccin. Cuando las especies no tienen actividad unitaria, o no se encuentran en estado normal, el potencial no corresponde al potencial normal.

Considerando la siguiente semirreaccin irreversible:

Donde:A, B, C, D,=especies participantesa, b, c, d,=nmero de moles de cada especie en la semirreaccinEl potencial del electrodo queda dado por la ecuacin:

Donde:

E0=potencial estndar del electrodo (V)R=constante de los gases (8.314 J/mol K)T=temperatura (K)n=nmero de electrones transferidos =concentracin de las especies participantes en la semirreaccin

Estrictamente, los trminos entre los corchetes son referidos a las actividades de las especies qumicas:

Pero en la prctica, con frecuencia se sustituye la actividad por la concentracin.

Fig. 1 metales en su solucin

Fig. 2 hemicelda de trabajo

Fig. 3 celda completa

DESARROLLO EXPERIMENTALMaterial 3 vasos de precipitados de 150 mL. 1 puente salino 1 pedazo de lamina de cobre 1 pedazo de lamina de zinc 1 voltimetro electrnico de alta impedancia 1 electrodo de referencia de calomel saturadoSustanciasSolucin 0.01 M, ZnSO4 ( = 0.387)Solucin 0.01 M, CuSO4 ( = 0.410)

DIAGRAMA DE BLOQUES

OBTENCIN DE DATOSEPila Zn-calomel1.3 V

EPila calomel-Cu0.020 V

1.060 V

CLCULOSCalculo de potencial elctrico del Zn, con ayuda del electrodo de referencia.

Calculo del potencial normal del Zn

= M = 0.01M * 0.387 =3.87X

Clculo de potencial elctrico del Cu, con ayuda del electrodo de referencia.

Calculo del potencial normal del Cu

= M = 0.01M * 0.41 =4.1X

Calculo del potencial de la pila

MedidoDe clculos

1.1V

PracticoTerico

-0.763

PracticoTerico

0.337V

% = x 100 % =| |x 100 = 29.27%% = x 100 % =| |x 100 = 0.83%% = x 100 % =| |x 100 = 20.07%

Prez Aparicio Alfonso

Observaciones.Cuando se conect el electrodo de Zn (previamente sumergido en la solucin de sulfato de Zn) al polo positivo del multmetro y el Calomel al polo negativo del multimetro, dio una lectura de voltaje negativa. Al cambiar las polaridades la lectura de voltaje dio la misma magnitud pero signo diferente. Lo que nos lleva a pensar que el flujo de electrones estaba invertido. Con la nueva polaridad se infiere que el Zn es el elemento que se oxida.El electrodo de Cu se conect al polo positivo del multmetro y el Calomel al negativo, la lectura de voltaje tuvo signo positivo.

Conclusiones.La capacidad que tienen los elementos para oxidarse o reducirse, se mide mediante el potencial del electrodo, este potencial se obtiene midiendo el potencial de una celda con ayuda de una semicelda de referencia. En esta prctica se us el Calomel como referencia. Si se toma como referencia el sentido de la reaccin de oxidacin obtenemos un potencial de oxidacin, de lo contrario se obtiene un potencial de reduccin como en este caso prctico. No siempre se trabaja a condiciones estndar por tanto es necesario auxiliarse de la ecuacin de Nernst que involucra las condiciones de trabajo, los electrones transferidos, la concentracin de la parte oxidada o reducida segn cada semireaccin y gracias a ella obtener el potencial del electrodo a las condiciones presentes. Debido a los porcentajes altos en cuanto al porcentaje de error se puede decir que la medicin no se llev a cabo correctamente porque no se enjuago completamente el electrodo de zinc y el de cobre.

ALVAREZ HERNANDEZ ISMAEL

Conclusiones

Evaluamos la oxidacin y reduccin de un sistema metal-ion metlico en base al potencial de una semi-pila de cinc y cobre por separado, en base a un electro de referencia conocido, en este caso un electrodo de calomel saturado con un potencial conoci y posteriormente como una pila completa tipo Daniel cinc-cobre.De acuerdo a las lecturas de potencial comprobamos que el cinc el elemento que se oxida y el cobre es el que se reduce, llevndose la oxidacin en el nodo y la reduccin en ctodo. El error en el cinc refleja que los electrodos un fueron lavados de una manera correcta, pero los valores obtenidos de manera prctica no esta tan alejados de los valores tericos. En base a la ecuacin de Nernst fue calculado el coeficiente de actividad del sistema.

Mateo Ramrez Daniel

ConclusionesSe determin el potencial normal de as como sus coeficientes de actividad en sistemas metal-ion metlico en pilas galvnicas tomando como referencia un segundo electrodo de cancomel.De igual manera se determinaron los potenciales normales para cada sistema Cu0/Cu 2+ as mismo para el sistema Zn0/Zn2+ en esta prctica tambin se determinaron los potenciales experimentales de acuerdo a la celda de Daniels que tiene como condicin que solo se debe aplicar para soluciones 0.01 M, as mismo se hicieron los clculos de coeficientes de actividad y los porcentajes de error, en las mediciones experimentales se obtuvieron resultados buenos por lo que la prctica se realiz de manera adecuada.

PREZ LPEZ ROCIO

CONCLUSIN Con los resultados obtenidos en la prctica se comprob cmo mediante la ecuacin de Nernst se calcula un valor muy cercano al real. Esto a nivel industrial es de gran importancia para realizar una produccin de manera industrial y no desperdiciar una gran cantidad de reactivos por no conocer el fundamento de potencial normal. De esta manera se tendr una manera de predecir el comportamiento de la pila y realizar la combinacin ms viable.El potencial normal de un metal est relacionado con la concentracin de las especies que se reducen u oxidan, y esto es lo que puede observarse gracias a la ecuacin de Nernst.El potencial se mide de manera relativa, obteniendo valores de diferencia de potencial entre dos electrodos, por lo que se auxilia de uno de referencia; en la experimentacin fue el calomel; y as conocer el de cada uno de los electrodos: Cu y Zn.Se logr determinar cul fue el comportamiento de cada uno de los metales para cada celda, puesto que al estudiarse el sistema, fue notable que uno de ellos actu como ctodo (el Cu) y el otro como nodo (el Zn).

Cubillos Melndez Guadalupe Viridiana

Conclusin

En prctica realizada se determin mediante la experimentacin como es que se comportaron nuestros metales en cada celda dando como resultado que el cobre actu como ctodo mientras que el cinc como nodo con respecto al electrodo de referencia calomel.

Se determin que el potencial normal en la celda de Daniels en las soluciones CuSO4 obtenindose el potencial normal de cobre fue menor al obtenido en la solucin ZnSO4 con nuestro metal de cinc ya que esto varia depende de las caractersticas del electrodo tal y como se mencion en la investigacin se comprob de manera experimental. Es importante para poder tomar de manera apropiada las mediciones seleccionando milivolts en la celda de cobre calomel ya que si no se realiza as es imposible tomar la lectura de ese potencial y es necesario hacer la conversin en nuestra secuencia de clculos ya que en la ecuacin de Nernst se expresa en voltios.

Se demostr que la ecuacin de Nernst nos proporciona un valor muy cercano al real de cada sistema.

BIBLIOGRAFIA

Coln Portillo, Manuel. Anlisis cuantitativo. IPN, 1990

Skoog, Douglas, West,Donald. Qumica Analtica. 7a. Ed. McGraw Hill, 2001.

http://quimica.laguia2000.com/general/potencial-de-electrodo#ixzz3OlOsTSa9