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PRÁCTICA DE LABORATORIO: DETERMINACION DEL NUMERO DE AVOGADRO POR EL METODO DE ELECTROLISIS USANDO EL VOLTAMETRO DE HOLFMAN Cárdenas C, Andrés1. Cardozo R, Julian1. Perdomo A, Idanis1 ______________________________________________________________________________ 1

Estudiantes del programa de Licenciatura en Ciencias Naturales: Física, Química y Biología de la Universidad Surcolombiana ([email protected], [email protected], [email protected]) Resumen Para lograr la descomposición de una sustancia se puede utilizar el proceso de Electrólisis el cual consiste en la aplicación de corriente eléctrica continua en un medio de sustancias ionizadas denominadas electrolitos. En este laboratorio se utilizó el voltámetro de Hoffman para la determinación del número de Avogadro, el cual es a unidad de masa atómica correspondiente al peso bien sea de protones o neutrones, y está establecido en 6,022*1023 uma. Para esto también se tuvo que disponer de Cloruro de sodio que al mezclarlo con agua (Dado que el agua pura no conduce electricidad) se utilizó como electrolito para la conducción eléctrica. Se logro separar el agua en dos partes una con hidrogeno gaseoso y la otra en oxígenos gaseoso, mientras se notaron datos de la reacción, temperatura y cantidades observadas para luego realizar los cálculos correspondientes y comparar con la teoría. Palabras Clave: agua, electrolisis, electrolito, ion, número de Avogadro.

Abstract To achieve the decomposition of a substance, the Electrolysis process can be used, which consists in the application of continuous electric current in a medium of ionized substances called electrolytes. In this laboratory, the Hoffman voltameter was used to determine Avogadro's number, which is a unit of atomic mass corresponding to the weight of either protons or neutrons, and is set at 6.022 * 1023 amu. For this also had to have sodium chloride that when mixed with water (Since pure water does not conduct electricity) was used as an electrolyte for electrical conduction. It was possible to separate the water into two parts, one with gaseous hydrogen and the other with gaseous oxygen, while the reaction, temperature and quantities

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observed were noted and then the corresponding calculations were made and compared with the theory. Key Words: water, electrolysis, electrolyte, ion, Avogadro's number.

su número de valencia. Con el voltámetro de

TEORIA RELACIONADA

Hoffman se puede generar una cantidad La palabra electrólisis procede de dos

específica de hidrogeno (z=1) y oxígeno a

radicales, electro que hace referencia a

partir de una corriente eléctrica. El número de

electricidad y lisis que quiere decir ruptura.

moles de átomos de hidrogeno generados a

En el proceso se desprenden el oxígeno(O) y

temperatura T y presión P se determina a

el hidrogeno (H). El proceso de electrolisis es

partir del volumen de gas hidrogeno

muy útil y efectivo, pues a base de cargas

generado. Como el hidrogeno se genera en

eléctricas se separan los elementos de un

forma molecular, se han de tener en cuenta

compuesto, pero debido al calor de la

dos iones H por cada molécula, con lo que la

reacción se obtienen en forma gaseosa.

ecuación de estado de los gases ideales

Es un proceso donde la energía

(PV=nRT) queda:

eléctrica cambiará a energía química. Dado

𝑛=2

que el agua pura no conduce electricidad, si

Donde R es la constante universal de

se le agregan unas gotas de ácido sulfúrico

gases. Conociendo el aporte de trabajo

(H2SO4), se utilizan electrodos de platino y

eléctrico

se aplica corriente continua nos encontramos

proceso

(que

mediremos

con

el

se aplica en la electrolisis a una tensión

doble que el de O2 (ánodo). un

W

voltímetro, amperímetro y cronometro) que

con que el volumen de H2 (cátodo) es el

En

𝑃𝑉 𝑅𝑇

electrolítico,

constante U0, la cantidad de carga buscada se

a

calcula como:

conducción eléctrica implica liberación de

𝑄=

material. La cantidad de material liberado es proporcional a la carga transportada Q que

𝑊 𝑈𝑜

Con estos atos la constante de

fluye a través del electrolito y viene

Faraday se calcula como:

relacionada por la constante de Faraday F 𝐹=

mediante la ecuación Q = Fnz, en donde n es

𝑊 𝑅𝑇 𝑈𝑜 2𝑃𝑉

(Raymon Chan, 2010).

el número de moles de material generado y z 2

Se tomó el aparato de Hoffman y se realizó el

OBJETIVO Los

objetivos

para

la

práctica

montaje como se muestra en la Ilustracion 1,

determinación del número de Avogadro por

de modo que la parte frontal mostraba las

el método de electrolisis usando el voltámetro

medidas de volumen.

de Hoffman, son:

Se abrieron las llaves y se procedió a

1. Estudiar la electrolisis con cloruro de sodio,

agua

destilada

bajo

introducir la solución acuosa (cloruro de

el

sodio con agua) tubo central que poseía

voltámetro de Hoffman.

forma de embudo teniendo precaución de que

2. Determinar el numero de Avogadro

los tres tubos quedaran al mismo nivel de

por le método de electrolisis usando el

agua hasta su marca de volumen máxima

voltámetro de Hoffman.

retirando los excesos con una pipeta y

3. Deducir por electrolisis la constante

posteriormente cerrando las llaves. Luego se

universal de los gases.

conectaron los electrodos en las salidas siendo la salida “b” la negativa color negro (cátodo); y la salida “a” el positivo color rojo

MONTAJE Y PROCEDIMIENTO

(ánodo) respetando las cargas con respeto a la Los materiales utilizados para esta práctica

fuente de poder.

fueron: Aparato de Hoffman, fuente de

Entre la fuente de poder y la salida “a”

corriente

cables

(ánodo) se conectó en serie el voltímetro para

cloruro de sodio, agua destilada, cronometro,

medir la intensidad de energía aplicada, una

termómetro.

vez realizado el montaje se encendió la fuente

continua,

multímetro,

de poder y se colocó a contar el cronometro; mientras se mantenía la misma intensidad de corriente se fueron tomando los datos necesarios

para

realizar

los

cálculos

correspondientes. RESULTADOS Y ANALISIS

CUESTIONES 1) Durante el experimento se llevó a

Ilustración 1: Instrumentos utilizados en la práctica

cabo la reacción de electrólisis del 3

agua, escriba la ecuación balanceada

RTA: La función de la corriente eléctrica

que responde a este proceso.

es romper los enlaces entre hidrógeno y oxígeno para que se puedan separar

RTA: Disociación iónica: H2O H+ + OHCátodo: 2 H+ + 2e- H2O

5) ¿Cómo

Ánodo: 2 OH- - 2e- 1/2O2 + H2O

es

la relación

de los

volúmenes de los gases obtenidos en el experimento? ¿Por qué?

¿Qué gases se formaron durante el

RTA: es una relación dos a uno, el hidrógeno

experimento?

es el doble del volumen del oxígeno, esto se

RTA: Hidrogeno molecular y Oxigeno

debe a que por cada oxígeno que se libera

molecular.

también lo hacen dos hidrógenos. Lo podemos ver en esta ecuación química: el

2) ¿Por qué se utilizó una disolución

hidrógeno tiene el doble de átomos que el

acuosa de sulfato de sodio en vez de

oxígeno:

agua?

2 H2O = 2 H2+ O2

RTA: Debido a que el agua destilada sola no es conductora, el sulfato de sodio (una sal)

6) En el tubo que está conectado a la

fue utilizado como electrolito en la reacción

terminal negativa tuvo lugar la

debido a sus excelentes propiedades como

semirreacción de reducción, ¿qué gas

conductor.

se produjo? RTA: en este tuvo se produjo hidrogeno

3) ¿Sufre alguna alteración el Na2SO4

gaseoso.

durante el experimento? ¿Por qué? RTA: No sufre ningún cambio pues solo

7) ¿Qué gas se obtiene en el tubo que

convierte a la disolución en un electrolito

está conectado a la terminal positiva?

para que se trasmita energía eléctrica.

¿Por qué? RTA: se obtiene oxígeno, esto debido a que

4) ¿Cuál es la función de la corriente

el número de oxidación de este elemento es -

eléctrica en el experimento?

2, lo cual quiere decir que tiene un carácter negativo, puesto que lo positivo atrae a lo 4

Levine, I. and González Ureña, A. (2004). Fisicoquímica Volumen 1. 5th ed. Madrid: McGraw-Hill.

negativo, el oxígeno se vio desplazado hacia la terminal positiva.

Raymon Chang. 2010. Quimica Chang. Electrolisis. Pag 352. D.F. Mexico. McGraw-Hill Education. CONCLUSIONES 1. El agua al no ser conductora por si sola necesito de la adición del cloruro de

sodio

para

utilizarse

como

electrolito. 2.

El volumen del hidrogeno fue

el doble del oxígeno, cumpliendo la relación dos a uno que trae la formula molecular del agua H2O. 3.

El

número

de

Avogadro

correspondía al valor de la unidad de masas atómica calculada por medio de la ecuación de gases reales. 4. DOS

JULIAN

INTRODUSCA

CONCLUSIONES

DE

LOS

CALCULO.

REFERENCIAS Arrieta

Jiménez, E. 2018. Guía de laboratorio. Calor Integral y Diferencial de Solución. Universidad Surcolombiana. Neiva.

Castellan, G. (1998). Fisicoquímica (2nd ed.). México: Addison Wesley Longman.

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