Informe Para Revision
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Universidad CentroamericanaFacultad de Ciencia, Tecnología y Ambiente
Departamento de Ciencias BásicasCoordinación de Ciencias Naturales
Quimiometría e Instrumentación
“Conductividad de los electrolitos en soluciones acuosas, Celda de Daniel y
Galvanización”
Docente:
MSc. Carlos Vallejos
Elaborado y Presentado por:
Lilliam de los Ángeles Ruiz López
Sara Bárbara Saori Valladares Cerrato
Carrera:
Ingeniería en Calidad Ambiental-ICA
Grupo:
0215
Managua, 14 de octubre de 2015
1. OBJETIVOS
General:
Analizar la conductividad de los electrolitos en soluciones acuosas, la celda de
Daniel y la galvanización.
Específicos:
Comprobar la conductancia de electricidad por electrolitos fuertes.
Demostrar experimentalmente la celda de Daniel.
Recubrir la superficie de un metal a través de la galvanización.
2. INTRODUCCION:
La presente practica de laboratorio titulada “Conductividad de los electrolitos en
soluciones acuosas, Celda de Daniel y Galvanización.” Se llevó a cabo con el
principal objetivo de comprobar la conductancia de electricidad por electrolitos
fuertes, así como demostrar de forma experimental la llamada Celda de Daniel y
comprender con mayor detalle como esta funciona.
Los electrolitos son las sustancias que producen iones en presencia de agua.
Cuando estos se mueven en la disolución se conduce corriente eléctrica. Para
Ingeniería en calidad ambiental dominar las técnicas por las que se llevan a cabo
estos procesos que permiten generar corriente por medio de una reacción
química, es de vital importancia para el desarrollo de nuevas tecnologías o la
mejora de los conocimientos ya existentes con la intensión de mejorar la calidad
de vida y respetar al medio ambiente.
3. MARCO TEÓRICO:
3.1. Conductividad eléctrica:
Según Gilbert W. (1987). Durante el siglo XIX el célebre científico inglés Michael
Faraday descubrió que las disoluciones acuosas de ciertos solutos tenían la
propiedad de conducir la electricidad, mientras que otras con solutos de diferente
naturaleza química no lo hacían.
La conductividad eléctrica la podemos definir como la capacidad de un cuerpo, de
permitir el paso de la corriente eléctrica a través de si. La conductividad eléctrica
puede presentarse en los diferentes estados de la materia, como el estado líquido,
sólido y gaseoso. (Gilbert W.1987)
La Conductividad en este tipo de disolución está relacionada con la presencia de
solutos iónicos en el disolvente, cuya disociación genera iones positivos y
negativos capaces de transportar la corriente eléctrica a través de la solución.
3.2. Celda de Daniel:
Conforme afirma la ACS (American Chemical Society):
En la celda de Daniel, los electrodos de cobre y de zinc están inmersos en una
disolución de sulfato de cobre (II) y de sulfato de zinc, respectivamente.
En el ánodo, el zinc se oxida por medio de la reacción siguiente:
Zn(s) → Zn2 + (aq) + 2e-
En el cátodo, los iones cobre (II) se reducen por la siguiente reacción:
Cu2 + (aq) + 2e- → Cu(s)
En la celda Daniel, que, debido a su simplicidad, se utiliza a menudo en las
demostraciones de clase, un cable y una bombilla se pueden conectar a los dos
electrodos. Los electrones que pierde el zinc se mueven a través del cable,
generalmente de platino, hacia el electrodo de cobre, proporcionando una
corriente eléctrica que ilumina la bombilla.
En una celda de este tipo, los iones sulfato desempeñan un importante papel.
Teniendo carga negativa, estos aniones se acumulan alrededor del ánodo para
mantener una carga neutra. Por el contrario, en el cátodo, los cationes cobre (II)
se acumulan para mantener también la carga neutra. Estos dos procesos causan
que el cobre sólido se acumule en el cátodo y que el electrodo de zinc se disuelva
en la disolución. El potencial aproximado de la pila es de 1,10 voltios.
La pila se representa por el sistema de notación de celdas, de la siguiente manera:
Dado que ninguna semirreacción ocurre de forma independiente de la otra, las dos
semiceldas deben estar conectadas de una forma que permita a los iones
moverse libremente entre ellas. Una barrera porosa o un disco de cerámica se
pueden utilizar para separar las dos disoluciones al tiempo que se permite el flujo
de iones. (Richard E. 1992)
Cuando las semiceldas se colocan en dos contenedores totalmente diferentes y
separados, un puente salino se utiliza a menudo para conectar las dos
semicélulas. En la anterior celda húmeda, los iones sulfato se mueven desde el
cátodo al ánodo a través del puente salino y los cationes Zn2+ se mueven en la
dirección opuesta para mantener la neutralidad, o bien iones cloruro, Cl-, y
potasio, K+, salen desde el gel que hay dentro del puente salino hacia los dos
recipientes para conseguir igualmente la neutralidad de ambos recipientes.
(Richard E. 1992)
3.3. Galvanización:
Es el proceso en el cual se recubre la superficie de un metal con una capa de otro
metal mediante una electrolisis. Este proceso se utiliza generalmente para
proteger metales contra la herrumbre o para mejorar su apariencia. (Wayne M.
1999)
Se puede recubrir un metal con otro metal siempre sea un metal de carga mayor
hacia uno de carga menor". El objeto a recubrir forma el cátodo, y el ánodo es una
pieza pura del metal utilizado para el recubrimiento. El electrolito contiene un
compuesto de este mismo material. (Wayne M. 1999)
4. METODOLOGIA:
4.1. Materiales y reactivos:
Materiales y reactivos
Agua destilada
Sal común
Solución acuosa de una sal
Agua potable
Solución acuosa de un ácido
(H2SO4) 10%
Solución acuosa de una base
(NaOH) 10%
Solución 1 M de ZnSO4 y
CuSO4
Dos Electrodos de Zn y Cu
Cubetas
Solución 1 M de KCl
Algodón
Tubo de vidrio en forma de U
Amperímetro
Voltímetro
Clavo de hierro.
Se prepararon las soluciones necesarias para la realización de este experimento:
Una Solución de 1 M de ZnSO4 (sulfato de cinc) y una solución de CuSO4 (sulfato
de cobre), con sus respectivos cálculos, soluciones que se utilizaron en la Celda
de Daniel
4.2. Parte A: Conductividad de los electrólitos en soluciones acuosas:
1. Se encontró la conductividad de los electrolitos en soluciones acuosas,
donde se utilizaron dos electrodos de cobre que fueron sumergidos en el
beaker que contenía agua destilada en combinación con diferentes
reactivos.
2. Se seleccionaron rangos de medida de 3V y 3mA en la fuente de
alimentación, se midió la intensidad con el voltímetro y se anotaron los
datos.
3. Nuevamente se colocaron los electrodos en la cubeta, pero con sal común
y se midió la intensidad con el Voltímetro.
4.3. Parte B: Celda de Daniel:
1. Con las soluciones de ZnSO4 (sulfato de cinc) y de CuSO4 (sulfato de
cobre) se llenaron dos beakeres hasta la mitad.
2. Se colocó un puente salino que unía las dos soluciones y un electrodo de
Cu en la solución de CuSO4 y un electrodo de Zn en la solución de ZnSO4
3. Se midió el voltaje y se anotaron las observaciones.
4.4. Parte C: Galvanización:
1. Se limpió con una lija los electrodos de cobre, para obtener una mejor
respuesta, posteriormente se limpió un clavo de hierro con alcohol
2. Se llenó la cubeta con agua destilada y se agregó sulfato de cobre, se
sumergió el clavo de hierro y el electrodo de cobre en la solución de CuSO4
(que contiene H2SO4)
3. Se seleccionó el rango de medida a 300mA, y se puso la fuente de
alimentación a 0 V, se observaron los procesos en los electrodos y se
anotaron las observaciones.
5. RESULTADOS Y DISCUSIONES:
5.1. Parte A: Conductividad de los Electrolitos en Soluciones AcuosasEn esta sección se utilizaron dos electrodos de cobre para analizar las siguientes
soluciones:
Solución I: Agua
3.0 V 4.0 V 5.0 V2533 µA 3345 µA Sobrepasa2536 µA 3349 µA y no da datos2536 µA 3344 µA a este voltaje.2535 µA 3346 µA
Solución II: Agua Potable
3.0 V 4.0 V 5.0 V2523 µA 3314 µA Sobrepasa2521 µA 3313 µA y no da datos2519 µA 3304 µA a este voltaje.2521 µA 3310 µA
Solución III: Agua + Sal
3.0 V 4.0 V 5.0 V0.3 A 0.41A Sobrepasa0.2 A 0.48 A y no da datos0.2 A 0.49 A a este voltaje.0.2 A 0.46 A
Solución IV: H2SO4
3.0 V 4.0 V 5.0 V3133 µA 2330 µA 3910 µA3134 µA 2301 µA 2251 µA3135 µA 2142 µA 2321 µA3135 µA 2257 µA 2250 µA
Solución V: NaOH
3.0 V 4.0 V 5.0 V0.90 A 1.94 A 2.37 A0.89 A 1.99 A 2.45 A0.80 A 1.99 A 3.55 A0.86 A 1.97 A 2.79 A
En la cada una de estas tablas se muestran los promedios de cada solución a 3V,
4V y 5V. Si se observa detenidamente, se puede notar que el agua destilada no
tiene tanta conductividad en como la sal, el ácido y la base fuerte que se midió. Si
bien se puede recordar que se llama electrolito a la sustancia que en disolución
acuosa produce iones. Como los iones son partículas cargadas, cuando se
mueven en la disolución conducen la corriente eléctrica. Una corriente eléctrica
implica siempre un movimiento de carga.
5.2. Parte B: Celda de Daniel
La celda de Daniel permite medir el potencial de una celda donde el Cu2+ de la
disolución, tomó dos electrones para depositarse como Cu sobre la lámina de
cobre, lo que produjo que la concentración de ésta disminuyera formando el color
azul que depende del complejo que forma el Cu2+, se hiciera menos intenso,
mientras que el zinc de la lámina paso a Zn2+ , lo que produjo que la lámina de zinc
se gastara. El puente salino evitó de la siguiente forma que la pila se polarizara;
expulsando cationes potasio por el recipiente donde se encuentra la disolución de
sulfato de zinc y desprendiendo aniones cloro por el lado donde se encuentra la
disolución de sulfato de zinc.
La reacción fue de la siguiente:
Cu+Zn2+¿→Cu2+¿+Zn ¿ ¿
Seguidamente se midió el potencial tanto para el ánodo como para el cátodo:
E0Cu= 0,42 V
E0Zn=-0.67V
Luego se calculó el potencial de la celda mediante la ecuación:
ECELDA=ECÁTODO−EÁNODO
ECELDA=0.42−(−0.67 )=1.09
El potencia de la celda de Daniel fue de 1.09 V, lo que muestra que la reacción fue
espontánea ya que el potencial es mayor que 1 V.
5.3. Parte C: Galvanización
Por medio de la galvanización se notó que hubo una reacción que se llevó a cabo
y produjo una corriente eléctrica de 0.7 V con este dato se puede denotar que es
una reacción espontánea lo cual es una característica de este proceso, en el
mismo se dio el recubrimiento de un metal, en este caso el cobre recubrió el
hierro.
6. CONCLUCIONES:
Al finalizar este informe se concluye que:
La conductancia de electricidad encontrada en el agua permite menos conducción
de energía a diferencia de la sal más agua, conduciendo esta gran cantidad fe
flujo eléctrico.
La celda de Daniel permite ver como se da la transferencia de electrones, ésta
formada de un electrodo de zinc sumergido en una solución de sulfato de zinc y
uno de cobre sumergido en una solución de sulfato de cobre.
La galvanización del clavo con cobre, es un método muy utilizado por las
empresas industriales para reforzar los materiales metálicos contra la corrosión y
hacerlos que duren más, puesto que hay sitios donde el azufre compuesto es muy
activo y este deteriora rápido ciertos materiales.
7. ANEXOS:
8. LISTA DE REFERENCIAS:
Principios de química. Richard E. Dickerson. Editorial Reverté, 1992. Pág. 677
Química. American Chemical Society. Editorial Reverté, 2005 Pág. 741
Diccionario Técnico Ilustrado, Tomo II, Electrotecnia, Bailly-Baillère é hijos, Madrid,
1908, pág. 12.
Físicoquímica. Gilbert W. Castellan. Pearson Educación, 1987. IPág. 397
Saslow, Wayne M. (1999), «Voltaic cells for physicists: Two surface pumps and an
internal resistance», American Journal of Physics 67: 574
Figura 1 esquema de la pila de Daniel
Recuperado de Diccionario Técnico Ilustrado, Tomo II,
Electrotecnia, Bailly-Baillère é hijos