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• Javier Heredia

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

LABORATORIO DE ELECTROQUIMICA Y CORROSION GRUPO: 3IV72

EQUIPO: 1

PRACTICA NÚMERO 1: ELECTROLISIS

INTEGRANTES: ARIAS ALARCON VIOLA MONTSERRAT HEREDIA GODOY JAVIER MANZANO VERA ISMAEL VARELA ALVAREZ DANIEL

PROFESORES: DANIEL ESTRADA GUERRERO MARIA F. SANCHEZ SALMERON

INTRODUCCION

ELECTROLITO

Un electrólito o electrolito es una sustancia que se somete a la electrolisis (la descomposición en disolución a través de la corriente eléctrica). Los electrolitos contienen iones libres que actúan como conductores eléctricos. Es posible distinguir entre electrolitos en soluciones iónicas, electrolitos fundidos y electrolitos sólidos, según la disposición de los iones. Los más frecuentes son los electrolitos que aparecen como soluciones de ácidos, sales o bases. Estas soluciones de electrolitos pueden surgir por la disolución de polímeros biológicos (como el ADN) o sintéticos (el polientirensulfonato), obteniendo una gran cantidad de centros cargados. Puede definirse al electrolito como el solvente que se disuelve en agua para producir una solución capaz de conducir la corriente eléctrica. Cuando, en una solución, un alto porcentaje del soluto se disocia para crear iones libres, se habla de electrolitos fuertes. En cambio, si la mayor parte del soluto no se disocia, puede hacerse referencia a los electrolitos débiles.

ELECTROLISIS

La electrolisis es un proceso mediante el cual se logra la disociación de una sustancia llamada electrolito, en sus iones constituyentes (aniones y cationes), gracias a la administración de corriente eléctrica. Básicamente hay dos tipos de electrolitos, los llamados fuertes y débiles. Los utilizados en la electrolisis son los electrolitos fuertes. Esta familia está formada por todas las sales, ácidos fuertes e hidróxidos fuertes. Como bases fuertes podemos citar a las de los metales alcalinos y alcalinotérreos como los hidróxidos de Sodio, Potasio, Calcio y Magnesio. Como ejemplos de ácidos fuertes tenemos al ácido clorhídrico, sulfúrico, nítrico y perclórico. Este proceso se tiene que llevar a cabo en un aparato llamado cuba o celda electrolítica. Está formada por dos electrodos de un metal inerte, por ejemplo Platino o Paladio. Conectados a una fuente de energía eléctrica o FEM. El circuito lo cierra justamente la sustancia que se va a disociar en iones, el electrolito. En algunos casos, cada electrodo se ubica en un vaso distinto por separado. Cuando

esto sucede se usa un puente salino que los conecta. Es una especie de tubo en U con una sustancia iónica como una sal que permite el flujo constante de cargas.

La electrolisis tiene una utilidad muy grande en la industria. Ya que muchos procesos requieren de esta. Por ejemplo, cuando se quieren obtener elementos como Sodio, Aluminio, Litio y otros muchos metales. En la Galvanoplastia, cuando se quiere proteger a un metal de la corrosión, se le aplica una película de otro metal que es inoxidable. Para la producción de gases como el Hidrógeno y Oxígeno también se usa la electrolisis. El científico que mejor estudio, explico y descubrió este proceso fue el Inglés Michael Faraday. Enuncio dos leyes importantísimas que se aplican en los problemas de electrolisis. Primera Ley: La cantidad de sustancia depositada o liberada en un electrodo es directamente proporcional a la cantidad de electricidad (carga) que pasa por él. Segunda Ley: La cantidad de electricidad que se requiere para depositar o liberar un equivalente químico de un elemento es siempre la misma y es aproximadamente 96500 C (Coulombs o Culombios). Para recordar el concepto de equivalente químico, diremos que el equivalente químico de un elemento es igual al peso molecular dividido por su valencia. Si tiene más de una se usa la que utiliza en la reacción. Las reacciones químicas de una electrolisis, son reacciones redox. Al electrodo negativo se llama Cátodo. Allí es donde ocurre la reducción y en el positivo o ánodo se produce la oxidación.

DESARROLLO

Material y Equipo a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l)

Conexiones eléctricas, alambres con punta de caimán 1 foco base de 40 watt-125 v (CA) 1 multimetro analógico o digital 2 cristalizadores 2 vasos de precipitados de 250 ml 2 laminas de plomo de 5 x 8cm electrodos 2 barras de carbón 7x 0.5 cm o 2 laminas de acero inoxidable 1 capsula de porcelana 1 mechero bunsen 1 tripie con malla de asbesto 1 fuente de CD 1 fuente de CA

Sustancias y soluciones a) b) c) d) e) f) g) h)

Agua destilada Acido sulfúrico al 98% y en solución al 10% Acido acético glacial y en solución al 10% Alcohol etílico Nitrato de potasio: cristales Sacarosa en solución al 10% Solución indicadora de fenolftaleína Solución de sulfato de sodio: 10%

EXPERIMENTACION

1. El propósito de este punto es clasificar las diferentes sustancias (soluciones) que nos proporcionaran en electrolitos fuertes, débiles, y no electrolitos de a cuerdo a la siguiente sistema FIGURA 1. 2. Verificación de conducción de diferente tipo de corriente eléctrica (CA y CD) para esto se montara la FIGURA 2 en el cual se verificara si los electrolitos conducen o no la corriente alterna y al directa a la solución de sulfato de sodio adicionar 5 gotas de fenolftaleína como indicador si da coloración rosa indica un medio alcalino y si no da coloración hablamos de un medio acido. 3. Montar la FIGURA 3 y hacer el experimento que se indica usando cristales de Nitrato de Potasio. Anotar lo que se observe. 4. Anotar lo que se observe en cada caso en las tablas que se tienen al final e la práctica.

TABLA No 1 DE REPORTE

ELECTROLITO

SUSTANCIA

AGUA DESTILADA

AGUA POTABLE

ALCOHOL ETILICO

SOLUCION ALCOHOL ETILICO AL 5% SOLUCION SACAROSA AL 5% ACIDO ACETICO GLACIAL

FUERTE

DEBIL

NO

OBSERVACIONES No enciende el foco no hay flujo de electrones por que el agua destilada no se disocia El foco se enciende con muy poca intensidad, por lo tanto hay un flujo de iones bajo. La poca disociación de los iones se debe a la dureza del agua No enciende el foco no hay flujo de electrones por que el alcohol etílico no se disocia No enciende el foco no hay flujo de electrones por que el alcohol etílico no se disocia en el agua No enciende el foco no hay flujo de electrones por que la sacarosa no se disocia No enciende el foco no hay flujo de electrones al ser puro el acido acético glacial no se

disocia Presenta burbujeo en electrodos, pero cambia la intensidad dependiendo la distancia de los electrodos y enciende el foco.

SOLUCION DE ACIDO ACETICO AL 10%

SOLUCION DE ACIDO SULFURICO AL 10%

Presenta burbujeo en electrodos, porque se desprende oxigeno e hidrogeno Presenta burbujeo en electrodos, porque se desprende oxigeno e hidrogeno en los electrodos

SOLUCION DE SULFATO DE SODIO AL 10%

El foco enciende con intensidad, no presenta burbujeo

ACIDO SULFURICO

SUSTANCIA SOLUCION DE SULFATO DE SODIO AL 10% (CORRIENTE ALTERNA)

SOLUCION DE SULFATO DE SODIO AL 10% (CORRIENTE DIRECTA)

FUERTE

ELECTROLITO DEBIL NO

OBSERVACIONES No se controla la polaridad se puede decir que no se puede hacer la electrolisis, no hay cambio de color y poco burbujeo. En el cátodo se forma un burbujeo alrededor del electrodo cátodo y se presenta una coloración de color rosa por la fenolftaleína debido a los OH que se forman se puede observar como los iones OH migran del cátodo al ánodo, En el ánodo también se observa burbujeo porque en ese electrodo se esta desprendiendo oxigeno.

TABLA DE REPORTE No 2

Para la tabla 2 responda lo siguiente:

1.-Explique que ocurre cuando la solución de sulfato de sodio se conecta ala la corriente alterna. No hay coloración en la solución debido a que no se puede controlar la polaridad de la corrientes y no se completan las reacciones que se llegan a generar (No se da completa la electrolisis).

2.-Explique el fenómeno que ocurre cuando se conecta la misma solución en corriente directa. Escriba las reacciones que se llevan a cabo en el ánodo y el cátodo para este fenómeno. A diferencia de la corriente alterna, en la corriente directa la polaridad es continua y lineal, no cambia, y podemos observar una coloración rosa que va del cátodo al ánodo, esto debido al desprendimiento de iones OH -, (se puede observar perfectamente la migración de los iones OH - desde el cátodo hasta el ánodo) que en contacto con el ion sodio reacciona y da origen a la formación de NaOH. También se pudo observar un burbujeo en el cátodo y en el ánodo, que indica el desprendimiento de hidrogeno en el cátodo y oxigeno en el ánodo Las reacciones que se llevan a cabo en el cátodo y en el ánodo son las siguientes.

2 [ 2 e- + 2 H2O 

H2(G) + 2 OH- ]

2 H2O



6 H2O

 2 H2(G) + O2(G) + 4 H+ + 4 OH-

O2(G) + 4 H+ + 4 e-

TABLA DE REPORTE No 3

SUSTANCIA

FUERTE

ELECTROLITO DEBIL NO

NITRATO DE POTASIO SOLIDO

NITRATO DE POTASIO FUNDIDO

OBSERVACIONES No enciende el foco, no existe transferencia de iones

El foco enciende porque hay presencia de iones y por lo tanto hay flujo de electrones

Explique el fenómeno fundamentado su respuesta Cuando se encuentra en estado sólido, no hay disociación y no se da el flujo de electrones. Mientras que en estado liquido se disocia el nitrato de potasio y existe un flujo de electrones. El fenómeno es la disociación de los iones que al cambiar la temperatura y al pasar del estado sólido al líquido ocurre la electrolisis.

CONLUSIONES Varela Álvarez Daniel Durante la experimentación de esta práctica que llevamos a cabo el fenómeno de electrolisis con diferentes tipos de electrolitos con los mismos electrodos, con el fin de ver si estas sustancias son electrolitos débiles, fuertes o no son electrolitos. De los cuales se veían claramente en donde se clasificaban cada uno. Para el agua destilada, este liquido no es un electrolito ya que este no hay una dilución, lo más extraño de esta práctica fue el agua potable ya que creíamos que era un electrolito débil pues en la experimentación no fue así, ya que no encendió el foco y por lo tanto no hubo un intercambio de iones. Y así nos resulto para el alcohol etílico r.a. y al 5%, para la solución de sacarosa al 5%y el acido acético glacial. Pero para las últimas cuatro que fueron el acido acético al 10% fue un electrolito débil, permite un flujo de electrones para encender el foco y en el acido sulfúrico resulto ser un electrolito fuerte y este fue muy visible por que hasta se escuchaba soltaba una chispa al instante de introducir los electrodos, y este dejado una tonalidad amarillenta en los electrodos por el sulfato. En el experimento donde tenemos que comparar el electrolito de sulfato de sodio al 10% en corriente alterna y directa se pudo observar claramente como en el cátodo presentaba la tonalidad rosa alrededor de este y se veía como se pasaba al ánodo lentamente. Para el tercer experimento el nitrato de potasio fundido sirve como electrolito mientras que el sólido no. Ya que al estar fundido tiene iones libre que sirven como conductor de la electricidad. Manzano Vera Ismael Los mejores electrolitos son los ácidos fuertes y las bases fuertes y si la solución se encuentra en estado puro es imposible que ocurra un flujo de corriente.

También hay otro tipo de soluciones que al diluirlas y al encontrarse acuoso se tiene el equilibrio lo que te produce una mínima cantidad de iones y esto es suficiente para asegurar una conducción eléctrica. La mayoría de los compuestos inorgánicos y algunos de los orgánicos se ionizan al fundirse o cuando se disuelven en agua u otros líquidos; es decir, sus moléculas se disocian en especies químicas cargadas positiva y negativamente formando iones que tienen la propiedad de conducir la corriente eléctrica. Si un sólido no está disociado en una solución acuosa no se transferirán el flujo de corriente por estar en presencia metálica y si se funde se producen iones para poder efectuar el paso de corriente eléctrica. Arias Alarcón Viola Montserrat La electrólisis es un método de separación de los elementos que forman un compuesto aplicando electricidad, se produce en primer lugar la descomposición en iones, seguido de una reacción de óxido-reducción o redox. La diferencia de potencial aplicada a los electrodos depende del electrolito y del material que constituye que constituyen los electrodos. En esta práctica aprendimos el cómo establecer un sistema electroquímico para realizar electrólisis, identificando los componentes: electrodos, electrolitos y fuente de energía (electricidad). Poniendo a prueba diferentes sustancias para saber si eran electrolitos o no, aprendimos que los electrolitos se dividen en dos, en fuertes (totalmente ionizadas o ionizadas en solución) y en débiles (parcialmente ionizadas en solución), comprobamos que la corriente va del cátodo al ánodo. Los dos experimentos que me gustaron más, o más bien con las sustancias que me gusto más hacer las pruebas de electrólisis fue con el nitrato de sodio fundido, porque se demuestra que a pesar de ser el mismo compuesto (nitrato de sodio), actúa muy diferente teniéndolo en diferentes estados de materia: sólido (no funciona como electrolito), y líquido (funciona como electrolito fuerte). Y el otro fue el que se hizo con la solución de sulfato de sodio al 10%, porque pudimos observar una coloración rosada debido a los iones OH- (si no tuviera carga eléctrica no reconocería campos eléctricos) y puede observarse cómo se desplazan los iones del catión al anión, usando corriente alterna en esta solución, la coloración también se produce debido al cambio de polaridad que existe en aquella corriente. También para poder llegar a esa coloración en ese o con otros electrolitos en los que se presente el fenómeno, se debe de aplicar la suficiente energía para llegar al potencial de descomposición, y también teniendo la descomposición del agua hace que veamos la coloración.

Logramos establecer que la mayoría de las sustancias orgánicas no son electrolitos, aunque hay algunos que sí lo son y son muy fuertes; así como los ácidos puros que no son electrolitos ya que tienen enlace covalente polar y no disponen de iones.

Heredia Godoy Javier En esta práctica pudimos experimentar con el fenómeno de la electrolisis, que durante la experimentación pudimos observar los diferentes comportamientos que tienen los diferentes electrolitos que utilizamos durante la experimentación. El electrolito fuerte tiene una alta transferencia de electrones, el electrolito débil tiene una transferencia baja de electrones y en el no electrolito no existe la transferencia de electrones. Este comportamiento en flujo de electrones se pudo determinar por la intensidad con la que encendía el foco en nuestro sistema, con lo que si el electrolito era fuerte el foco producía una luminosidad intensa, si el electrolito era débil la luminosidad era tenue, si no producía luz no era un electrolito. Durante la segunda fase de la experimentación se trabajo con corriente alterna y con corriente directa para determinar el comportamiento del electrolito en cada una de las corrientes. En la corriente alterna se puede observar cómo se lleva a cabo la electrolisis pero debido al cambio de polaridad que tiene la corriente alterna solo nos sirvió para determinar que es un electrolito, ya que debido el cambio de polaridad que tiene esta corriente se tiene un efecto de electrolisis incompleta. Sin embargo, en la corriente directa se observa cómo se lleva a cabo la electrolisis del sulfato de sodio, En el cual se le agrego fenolftaleína para observar la migración de iones OH (que tienen una coloración rosa) que iban desde el cátodo hasta el ánodo, También como en la corriente alterna, se observa un burbujeo constante en los dos electrodos, en los cuales ocurre una reacción de oxido-reducción, llevándose a cabo en le cátodo la reducción del hidrogenó y en el ánodo la reducción del oxigeno. La tercera fase de la experimentación consistió en la electrolisis de una sal fundida en la cual observamos que cuando la sal está en estado sólido no hay transferencias de electrones, pero cuando la sal está fundida existe la transferencia de electrones, con lo que determinamos que la disociación correcta de los electrolitos es fundamental para la transferencia de electrones.

BIBLIOGRAFIA

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Fundamentos de la electroquímica de B. B. Damaskín y O. A. Petri de editorial MIR

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DIAZ, M. y ROIG, A.: Química Física (tomo II). Alhambra, 1975.

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COSTA, J. M.: Fundamentos de electródica. Cinética electroquímica y sus aplicaciones. Alhambra, 1981.

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KORYTA, J. y DVORAK, J.: Principles of Electrochemistry. Wiley, 1987.

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FULLEA, J. Acumuladores Electroquímicos. McGraw-Hill, Madrid, 1994.