PRACTICA No. 4
ELECTROQUIMICA
Objetivo: MARCO TEORICO
ELECTROQUIMICA
La electroquímica estudia los cambios químicos que producen una corriente eléctrica y la generación de electricidad mediante reacciones químicas. Es por ello, que el campo de la electroquímica ha sido dividido en dos grandes secciones. La primera de ellas es la Electrólisis, la cual se refiere a las reacciones químicas que se producen por acción de una corriente eléctrica. La otra sección se refiere a aquellas reacciones químicas que generan una corriente eléctrica, éste proceso se lleva a cabo en una celda o pila galvanica.
Celdas electrolíticas: son aquellas en las cuales la energía eléctrica que procede de una fuente externa provoca reacciones químicas no espontaneas generando un proceso denominado electrólisis. Las celdas electrolíticas constan de un recipiente para el material de reacción, dos electrodos sumergidos dentro de dicho material y conectados a una fuente de corriente directa

Celdas voltaicas o galvanicas: son celdas electroquímicas en las cuales las reacciones espontaneas de óxido-reducción producen energía eléctrica. Las dos mitades de la reacción de óxido reducción, se encuentran separadas, por lo que la transferencia de electrones debe efectuarse a través de un circuito externo.
En todas las reacciones electroquímicas hay transferencia de electrones y por tanto, son reacciones de óxido reducción (redox).soluciones electrolíticas
Postuladosde la Teoría de Arrhenius:
 
a) Los electrolitos al disolverse en el agua se disocian parcialmente en iones, los cuales son atomos o radicales con carga eléctrica.

b) El número de cargas eléctricas transportadas por cada ión es igual a su valencia y el número total de cargas de los cationes es igual al total de cargas de los iones, de allí que las soluciones electrolíticas sean eléctricamente neutras.

c) La ionización es un proceso reversible y se establece un equilibrio, propio de cada electrolito, entre las moléculas no disociadas y los iones.
d) Los iones deben ser considerados como especies químicas con sus propiedades características.
e) Los poliacidos se ionizan en fases. Por ejemplo


Existen teorías que permiten explicar el comportamiento de las soluciones electrolíticas. Una de estas teorías es la de la Ionización de Arrhenius. Arrhenius propuso en 1887 la Teoría de la disociación electrolítica, la cual esta basada en la idea de que los electrolitos se disocian en iones al ponerse en contacto con el agua.
La Electroquímica trata de la interrelación de los fenómenos químicos y eléctricos, así como del estudio de las propiedades eléctricas de las soluciones de los electrolitos, estableciendo una relación entre la acción química y eléctrica de tales sistemas.

Conducción electrolítica
Se denominan conductores de primera especie o electrónicos a los metales sólidos o fundidos y ciertas sales sólidas (sulfuro cúprico, sulfuro de cadmio) que conducen la corriente eléctrica sin experimentar alteración alguna. En estas sustancias, la conducción tiene lugar poremigración directa de los electrones a través del conductor bajo la influencia de un potencial aplicado. Aquí, los atomos o iones que componen el conductor, permanecen en sus lugares.
Los conductores de segunda especie o electrolíticos son los que experimentan transformación química al paso de la corriente eléctrica como las soluciones de electrolitos fuertes y débiles, sales fundidas y también algunas sales sólidas como el cloruro de sodio y el nitrato de plata. La transferencia electrónica tiene lugar por migración iónica. Esta migración involucra no sólo una transferencia de electricidad sino también el transporte de materia de una parte a otra del conductor.
Ademas, el flujo de corriente en los conductores electrolíticos va siempre acompañado de cambios químicos en los electrodos que son muy característicos y específicos de las sustancias que componen el conductor y los electrodos.

Celda electroquímica

Una celda electroquímica simple contiene un par de electrodos de material inerte, por ejemplo platino, conectados a una fuente de corriente y sumergidos en una solución acuosa de un conductor de segunda especie. El electrodo conectado al lado negativo de la fuente se denomina catodo y es aquel por el cual entran los electrones a la solución procedentes de la fuente, por ejemplo, una batería. Al mismo tiempo, el electrodo conectado al lado positivo de la batería se denomina anodo, por el cual salen los electrones de la solución y regresan a la batería.

Al cerrar el circuito, los iones negativos o aniones, emigran hacia el anodo en donde se oxidan, mientras que losiones positivos o cationes van hacia el catodo en donde se reducen. Como estas partículas estan cargadas, su movimiento constituye una comente eléctrica. Los aniones se mueven hacia el anodo y de aquí que los electrones son transportados por estos iones desde el catodo. De nuevo, como el transporte de electricidad positiva hacia el catodo puede considerarse un flujo de electricidad negativa hacia el anodo, la migración de los cationes hacia el catodo es equivalente al flujo de electrones en dirección opuesta. En consecuencia, el resultado neto de la migración es un desplazamiento de los electrones por la solución en la dirección de la corriente y cada ión transporta una parte de la comente total de electricidad a través de la solución. El proceso del paso de corriente por un conductor electrolítico con todos los cambios químicos y migratorios asociados, se denomina electrólisis.

Leyes de Faraday de la Electrólisis: Michael Faraday, formuló las leyes de la electrólisis en 1833: 

Primera Ley de Faraday: 

“La masa de un producto obtenido o de reactivo consumido durante la reacción en un electrodo, es proporcional a la cantidad de carga (corriente x tiempo) que ha pasado a través del circuito”.

Esta primera ley, permite calcular, la cantidad de electricidad (en coulambios o faraday) para depositar un equivalente gramo de una sustancia. 

La unidad eléctrica que se emplea en física es el coulomb (C). Un coulomb se define como la cantidad de carga que atraviesa un punto determinado cuando se hace pasar un ampere (A) de corriente durante un segundo.
Intensidad (A) = Coulombios =Amperios x segundos

Segunda Ley de Faraday

“Las masas de diferentes sustancias producidas por el paso de la misma cantidad de electricidad, son directamente proporcionales a sus equivalentes gramos”.

Esta ley permite calcular la masa de diferentes sustancias depositadas por la misma cantidad de electricidad. La cantidad de elemento depositado por un Faraday (96.500 c) se conoce como equivalente electroquímico.

Las dos leyes de Faraday se cumplen para los electrolitos tanto fundidos como en solución. Su validez no se altera por variaciones de temperatura, presión, naturaleza del solvente y del voltaje aplicado.

Aplicaciones tecnológicas de los procesos electroquímicos: Los procesos electroquímicos se emplean en la producción y purificación de diversos metales. También se utiliza en la galvanoplastia que se basa en procesos de electrolisis para recubrir un metal con otro. La galvanoplastia se aplica en joyería para recubrir con plata u oro diversas prendas y joyas; cucharas, tenedores, jarras y otros utensilios que son moldeados en metales de bajo costo para luego ser cubiertos por una delgada capa de un metal mas atractivo y resistente a la corrosión, como el oro o la plata.

La galvanoplastia se utiliza también para proteger tuberías o tanques por lo cual se les denomina galvanizados, ya que estan recubiertos con metales que evitan la acción corrosiva del aire y el agua. La corrosión consiste en la oxidación del metal y es producto de reacciones de óxido reducción.




MATERIAL REACTIVOS
• 1celda de acrílico transparente Solución de NISO4-6H2O
•1 anodo de níquel Solución de H2SO4
•3 catodos de cobre Agua destilada
• Material poroso
•1 amperímetro de 0 a 3 amperes
•1 fuente de poder de 0 a 20 volts
•2 pares de conexiones con caimanes
•1 mechero de bunsen, anillo y tela con asbesto
•1 franela
•1 pinzas largas
•1 pinzas para vaso de precipitados
•1 agitador de vidrio
•1 termómetro
•1 vaso de precipitados de 250 cc
•1 vaso de precipitados de 500 cc

PROCEDIMIENTO
1. Instalar la cuba sin solución, colocando el anodo dentro de la misma
2. Prepara las muestras de Cobre: el decapado se realiza introduciéndolas en la solución de H2SO4. Realizar esta operación con precaución y utilizando las pinzas largas para manipular las muestras
3. Lavar las muestras con agua destilada y secarlas con una franela
4. Preparar la solución de Sulfato de Níquel (NiSO4-H2O) calentandola en un vaso de precipitados a una temperatura de 60ºC. Al alcanzar la temperatura, retirarla con las pinzas y vaciarla en la cuba de acrílico.
5. Introducir la primera muestra de Cobre (Catodo), e inmediatamente colocar las conexiones de caimanes en el lugar correspondiente.
6. Hacer pasar corriente eléctrica durante 30 segundos, con un voltaje de 6 Volts, desconectar después de transcurrido el tiempo indicado
7. Repetir 2 veces mas la experiencia del punto 6 (observar y tomar nota), al término de cada experiencia apagar la fuente de poder.
Segunda Parte
1. Preparar lamuestra de Cobre como en la primera partes (puntos 2 y 3)
2. Acercar la muestra aproximadamente 1 pulgada de separación con el anodo, hacer pasar la corriente eléctrica durante 30 segundos y un voltaje de 6 volts (observar y tomar nota), después extraer la muestra de la solución. Observar y tomar nota. AL TERMINAR APAGAR LA FUENTE.
Tercera Parte
1. Instalar la cuba como la primera parte(anodo y catodo en su lugar), Prepare una muestra repitiendo los pasos 2 y 3.
2. Instalar al centro de la cuba y dentro de la solución caliente el material poroso. Y posteriormente hacer pasar una corriente eléctrica de 6 volts durante 30 segundos, observar y tomar nota, al terminar apagar la fuente de corriente.
3. Dejar todo el material y vaciar la solución de la cuba (sulfato de Niquel) al vaso de precipitado de 500cc
NOTA: Si el tiempo del depósito es excesivo, se observara que se forman “lengüetas” en el catodo, debido a una densidad de corriente muy alta.
Cuestionario
1. ¿Qué se requiere para que exista un depósito en el catodo?
2. Escriba las reacciones de se llevan a cabo en los electrodos?
3. ¿Qué función tiene la Fuente de poder en la practica?
4. El paso de un faradio ¿Qué ocasiona?
5. ¿Qué efecto tiene el acercar el catodo al anodo?
6. ¿Qué efecto se logra al introducir un material poroso en el centro de la solución (separado el anodo y el catodo)?
7. ¿Cual es la diferencia entre una celda electrolítica y una celda galvanica?
8. ¿Por qué se requiere hacer un decapado previo en las muestras?
9. ¿Cual es el efecto de la concentración de la solución en la parte experimental?