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• Arturo Estañol Vega

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Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Química. Laboratorio de Fundamentos de Procesado Electrometalúrgico. Semestre 2011-2. Practica No 7: Leyes de Faraday. Clave 1631. Maestro: Sergio López. Alumno: Estañol Vega José Arturo de Jesús.

Introducción. Leyes de Faraday 

Primera Ley: La masa de una sustancia que se desprende o deposita en un electrodo es proporcional a la carga eléctrica que atraviesa la solución electrolítica.



Segunda Ley: Si una cantidad de electricidad atraviesa distintos electrolitos, las masas de las sustancias depositadas durante la electrólisis son proporcionales a los respectivos equivalentes químicos.

Coulombímetro: Es un dispositivo de química electroanalítica o electrónicos que se utilizan para determinar la cantidad de materia transformada (en culombios). Ejemplo de un coulombímetro electroquímico: 

Coulombímetro de mercurio

Utiliza mercurio para la determinación de la cantidad de materia transformada (en culombios) mediante la siguiente reacción: Hg2+ + 2e-

Hg0

Estos procesos de oxidación/reducción tienen una eficiencia del 100% con la amplia gama de las densidades de corriente. La medida de la cantidad de electricidad (culombios) que ha circulado se basa en los cambios de masa del electrodo de mercurio. La masa del electrodo puede aumentarse la deposición catódica de los iones de mercurio o disminuir durante la disolución anódica del metal.

Objetivos.   

A través de las leyes de Faraday obtener la corriente que pasa por un coulombímetro. Determinar la capacidad de drenaje de corriente del Zinc (CDCZn). Calcular la eficiencia del experimento.

Metodología. 1) 2) 3) 4) 5) 6)

Preparar una solución de CuSO4 0.1M. Preparar una solución 3% en peso de NaCl. Pesar las placas y el alambre antes de introducirlos en el dispositivo. Colocar las dos placas de cobre a los lados y en el centro un alambre de Cu. Llenar la celda con la solución de CuSO4 0.1M. En la lata de acero, introducir una placa de zinc en el centro y llenarla de la solución de NaCl. 7) Conectar las placas de cobre a las orillas de la lata de acero, y el alambre de cobre a la placa de zinc. 8) Sellar perfectamente los dispositivos para evitar fugas. 9) Dejar la pila por un tiempo de una semana y pesar las placas de cobre y el alambre para determinar la corriente que paso por el sistema. Imagen 1. Sistema utilizado por el equipo.

Resultados y discusión. Tabla 1. Resultados para el primer dispositivo.

Masa inicial Prom. Cu Alambre Placa 1 Placa 2 Zn Placa 3

Masa Final Prom.

0,5493 15,0263 19,2926

0,7576 14,9124 18,9194

14,158

13,8226

Masa depositada en el alambre de Cobre (∆W Cu): 0.2082 g. Masa consumida en la placa de Zinc (∆W Zn): 0.3354 g.

Para calcular la capacidad de drenaje de corriente del Zinc hay que calcular primero la corriente que paso por el sistema.

El valor teórico de la CDCZn puede ser calculado a través del siguiente calculo.

Al comparar el resultado de la CDCZn del experimento con el valor teórico calculado en clase tenemos: La eficiencia del experimento es:

Tabla 2. Comparación de eficiencias para los distintos equipos.

Equipo

CDCZn

Eficiencia (%)

Observaciones

1 2 3 4

571,56 466,60

69,62 56,83

523,78

63,80

Placa de Zn delgada. Placa de ZN gruesa. Alambre de cobre delgado. Alambre de cobre grueso.

El sistema planteado tiene por objeto calcular la capacidad de drenaje de corriente del zinc (CDCZn) en un determinado tiempo, sabiendo que la masa de zinc que se pierda va a ser similar a la masa de cobre que se deposite, siendo por tanto nuestro ánodo la placa de zinc y nuestro cátodo el alambre de cobre, aquí podemos ver que la primera ley de Faraday se cumpliría si los valores de corriente fueran los mismos, sin embargo podemos ver que los resultados se alejan de ser exactos, debido quizá a que el tiempo no fue suficiente para observar un mejor deposito, a que existía oxido en la lata o que debido a condiciones ambientales (que el agua de las soluciones se haya consumido debido al calor de la temporada) o incluso a que alguno de los electrodos no estuviera en contacto con la solución en un área lo suficientemente grande como para permitir que el intercambio entre la placa y la solución se llevara a cabo de manera eficiente.

Sin embargo aunque el proceso no es 100% eficiente si permite ver que hay una relación entre el paso de corriente y el depósito de materia en un electrodo (en el cátodo) y el consumo de materia en el otro (en el ánodo). Para realizar los cálculos debemos considerar que la corriente que pasa por el sistema es la misma para ambos electrodos y entonces es posible sustituir el valor de la corriente procedente del cátodo en los cálculos para obtener la CDCZn, y así establecer una relación entre los dos electrodos. Todo esto tiene una amplia aplicación ingenieril; en virtud de la importancia operativa de los ánodos galvánicos, es necesario evaluar su calidad para verificar que cumplan con las características necesarias para su uso en sistemas de protección catódica en medios de altas resistividades Otro aspecto importante, es la importancia del coulombímetro, ya que teniendo uno bien hecho, es de suma importancia en los procesos electroquímicos de hoy en día, ya que es la herramienta más utilizada y de gran confiabilidad para determinar la corriente que circula por el sistema y ver la eficiencia del proceso

Conclusiones.  Todos los equipos obtuvieron valores de la CDCZn Similares.  La eficiencia de la CDCZn se encuentra alrededor de 62.41 % con respecto a la teórica.  A pesar de que la eficiencia no es tan buena, se puede ver que se cumplen las leyes de Faraday.  La eficiencia del sistema depende entre otras cosas de cómo está configurado el equipo y del tiempo en que se deje llevar a cabo el intercambio de la corriente.

Bibliografía. 

Genescá Joan, Ávila Javier. Más allá del herrumbre II. La lucha contra la corrosión. Instituto Latinoamericano de la Comunicación Educativa Págs.: 90, 91, 92.

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Skoog, West. Analytical Chemistry. An introduction. Editorial Holt, Rinehart & Winston. Estados Unidos, 1965.

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Electroquímica. Carlos Núñez baldes. Ed. ENPES. IPN.