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Instituto Politécnico Nacional ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS DEPARTAMENTO DE FISICA ACADEMIA DE FISICA Laboratorio de Electricidad y Magnetismo

Practica No. 9 “Electrodeposición”

Nombre del profesor: José Antonio Barraza Madrigal Grupo: 1IM20 Sección: “B”

Equipo: 6

Fecha: 27 Abril 2017

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1. Objetivo General: Aplicar las Leyes de Faraday al fenómeno de electrodeposición y observar el mecanismo de electrodeposición del cobrizado de una pieza metálica.

Objetivo (Competencia): Esta competencia pretende desarrollar el pensamiento científico en los alumnos, a través de la observación, la experimentación, comparación de resultados, el análisis y la argumentación, promoviendo el uso de las habilidades necesarias para llevar acabo la aplicación de los conocimientos, adquiridos teórica y experimentalmente, en situaciones reales.

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Introducción:

Electrodeposición La electrodeposición, es un tratamiento electroquímico donde se apegan los cationes metálicos contenidos en una solución acuosa para ser sedimentados sobre un objeto conductor creando una capa. El tratamiento utiliza una corriente eléctrica para reducir sobre la extensión del cátodo los cationes contenidos en una solución acuosa. Al ser reducidos los cationes precipitan sobre la extensión creando una película fina. El espesor dependerá de varios factores. Imagen 1. Principio de la electrodeposición: un generador crea

La electrodepositación se emplea principalmente para una corriente eléctrica que realiza la migración de los iones del electrolito hacia el cátodo (pieza a cubrir). adjudicar una capa con una propiedad ansiada (por ejemplo, resistencia a la abrasión y al desgaste, protección frente a la corrosión, la necesidad de lubricación, cualidades estéticas, etc.) a una superficie que de otro modo escasea de esa propiedad. Otra aplicación de la electropositación es recrecer el espesor de las piezas desgastadas p.e. mediante el cromo duro. Su funcionamiento es el antagónico al de una celda galvánica, que utiliza una reacción redox para obtener una corriente eléctrica. La pieza que se desea recubrir se sitúa en el cátodo del circuito, mientras que el ánodo es del metal con el que se desea recubrir la pieza. El metal del ánodo se va consumiendo, reponiendo el depositado.1 En otros procesos de electrodepositación donde se emplea un ánodo no consumible, como los de plomo o grafito, los iones del metal que se deposita debe ser periódicamente repuestos en el baño a medida que se extraen de la solución.

Electrodo Un electrodo es un conductor eléctrico utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito, por ejemplo un semiconductor, un electrolito, el vacío (en una válvula termoiónica), un gas (en una lámpara de neón), etc. La palabra fue acuñada por el científico Michael Faraday y procede de las voces griegas electrón, que significa ámbar y de la que proviene la palabra electricidad; y hodos, que significa camino.

Celda Electrolítica Se denomina celda electrolítica al dispositivo utilizado para la descomposición mediante corriente eléctrica de sustancias ionizadas denominadas electrolitos. Los electrolitos pueden ser ácidos, bases o sales. Al proceso de disociación o descomposición realizado en la celda electrolítica se le llama electrólisis.

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En la electrólisis se pueden distinguir tres fases: 

Ionización - Es una fase previa antes de la aplicación de la corriente y para efectuar la sustancia a descomponer ha de estar ionizada, lo que se consigue disolviéndola o fundiéndola.  Orientación - En esta fase, una vez aplicada la corriente los iones se dirigen, según su carga eléctrica, hacia los polos (+) ó (-) correspondiente  Descarga - Los iones negativos o aniones ceden electrones al ánodo (+) y los iones positivos o cationes toman electrones del cátodo (-). Para que los iones tengan bastante movilidad, la electrólisis se suele llevar a cabo en disolución o en sales. Salvo en casos como la síntesis directa del hipoclorito sódico los electrodos se separan por un diafragma para evitar la reacción de los productos formados.

Pates de una Celda electrolítica Ánodo y cátodo en celdas electrolíticas Un electrodo en una celda electroquímica. Se refiere a cualquiera de los dos conceptos, sea ánodo o cátodo, que también fueron acuñados por Faraday. El ánodo es definido como el electrodo en el cual los electrones salen de la celda y ocurre la oxidación, y el cátodo es definido como el electrodo en el cual los electrones entran a la celda y ocurre la reducción. Cada electrodo puede convertirse en ánodo o cátodo dependiendo del voltaje que se aplique a la celda. Un electrodo bipolar es un electrodo que funciona como ánodo en una celda y como cátodo en otra.

Celda Primaria

Celda Secundaria

Una celda primaria es un tipo especial de celda electroquímica en la cual la reacción no puede ser revertida, y las identidades del ánodo y cátodo son, por lo tanto, fijas. El cátodo siempre es el electrodo positivo. La celda puede ser descargada pero no recargada.

Una celda secundaria, una batería recargable por ejemplo, es una celda en que la reacción es reversible. Cuando la celda está siendo cargada, el ánodo se convierte en el electrodo positivo (+) y el cátodo en el negativo (-). Esto también se aplica a la celda electrolítica. Cuando la celda está siendo descargada, se comporta como una celda primaria o voltaica, con el ánodo como electrodo negativo y el cátodo como positivo.

Electrolito Es la sustancia capaz de descomponerse por efecto de la corriente eléctrica, esto ocurre con aquellos compuestos iónicos o covalentes que en solución o fundidos se disocian en iones, y conducen la corriente eléctrica. El electrolito siempre va dentro de la celda o cuba electrolítica. Fuente de energía En los procesos electrolíticos se usan generadores de corriente continua (baterías o pilas conectadas en serie), con la finalidad que no produzcan sobrecargas. Fuente de energía: En los procesos electrolíticos se usan generadores de corriente continua (baterías o pilas conectadas en serie), con la finalidad que no produzcan sobrecargas. Activos: Cuando además de conducir la corriente eléctrica, reaccionan participando en el proceso y por lo tanto sufren cambios químicos durante el proceso.

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Imagen 2. Celda electrolítica

Electrogalvanizacion Electrogalvanización es un proceso utilizado en la metalurgia como prevención de la corrosión. Un proceso de galvanoplastia de zinc, proceso o galvanización, se adhiere una capa de zinc a la superficie de acero para inhibir la oxidación y la corrosión. Zinc no está sujeto a la corrosión normal, por lo que este recubrimiento metálico protege el acero que se encuentra debajo de la chapa. Este proceso de galvanoplastia utiliza un ánodo de sacrificio de zinc suspendido en una solución de zinc y solución salina. Una corriente eléctrica se introduce en esta configuración con el ánodo de zinc está unido al lado positivo de la fuente de alimentación mientras que el acero galvanizado que se está unido al lado negativo de la fuente de alimentación. Al conectar la fuente de alimentación de esta manera, los iones de zinc cargados positivamente emitidos por el ánodo son atraídos al acero cargado negativamente. Este proceso se utiliza como un método de prevención de la corrosión para una variedad de productos manufacturados. Clavos galvanizados, tornillos, cableado y tuberías son ejemplos comunes de los productos que se tratan mediante electrogalvanización. Además, la industria del automóvil ha hecho un amplio uso del proceso de electrogalvanización para proteger los paneles de la carrocería, marcos y otros componentes de automóviles. El uso de electrogalvanización como una capa anti-corrosión es común para los productos que se utilizan en un entorno en el que estarían expuestos a las condiciones climáticas o elementos corrosivos Electrogalvanización no es el mismo proceso como chapado en zinc. El proceso de electrogalvanización requiere el uso de electricidad para crear una capa de zinc sobre el conductor de acero. Este proceso es más permanente que el chapado en zinc a través de procesos tales como inmersión en caliente, debido a que el zinc realmente se adhiere al acero a un nivel molecular en lugar de ser simplemente un recubrimiento añadido al acero. Esta es una distinción importante, pero la identificación errónea de las planchas de zinc como electrogalvanización es bastante común.

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Electrogalvanización es el proceso de inmersión del producto de hierro moldeado en una solución electrolítica de sulfato de zinc. Un balde electrogalvanizado. Sin electrogalvanización, el acero puede oxidarse.

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Leyes de Faraday del electrolisis No debe confundirse con la ley de Faraday sobre la inducción electromagnética o Ley de Faraday.

Las leyes de Faraday de la electrólisis expresan relaciones cuantitativas basadas en las investigaciones electroquímicas publicadas por Michael Faraday en 1834.

Enunciado de las Leyes 

1 a ley de Faraday de la electrólisis - La masa de una sustancia depositada en un electrodo durante la electrólisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad transferida a este electrodo. La cantidad de electricidad se refiere a la cantidad de carga eléctrica, que en general se mide en coulombs.



2 a ley de Faraday de la electrólisis - Para una determinada cantidad de electricidad (carga eléctrica), la masa depositada de una especie química en un electrodo , es directamente proporcional al peso equivalente del elemento. El peso equivalente de una sustancia es su masa molar dividido por un entero que depende de la reacción que tiene lugar en el material.

Forma Matemática La ley de Faraday en la forma moderna:

donde: m es la masa de la sustancia producida en el electrodo (en gramos), Q es la carga eléctrica total que pasó por la solución (en coulombs), q es la carga del electrón = 1.602 x 10-19 culombios por electrón, n es el número de valencia de la sustancia como ion en la solución (electrones por ion), F = qNA = 96500 C·mol-1 es la Constante de Faraday, M es la masa molar de la sustancia (en gramos por mol), y NA es el Número de Avogadro = 6.022 x 1023 iones por mol. I es la corriente eléctrica (en amperios) t es el tiempo transcurrido (en segundos)

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Bibliografía: 1)Serway Raymond A. "Electroquímica Tomo II" Tercera edición en español ,Editorial Mc Graw Hill. México, 1992 2) Halliday David / Resnick Robert / Krane Kenneth S. "Electricidad y magnetismo" Tercera edición en español, Editorial Continental. México, 1996 3) Cutnell John D. / Jonson Kenneth W. "Naturaleza de la Electroquímica" Primera edición, Editorial Limusa. México, 1986 4) Célula electrolítica, Wikipedia https://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula_electrol%C3%ADtica

DETERMINAR LAS INTENSIDADES DE CORRIENTE DEL CIRCUITO ELECTRICO e

1. Lijar las placas metálicas hasta que queden perfectamente limpias.

2. Pesar cada una de las placas e identificarlas como placas 1,2, ..., etc

6. Con los valores de I y A obtenidos, calcular: a. Los gramos de cobre depositados en la placa metálica aplicando la 2da Ley de

5. Sacar la placa del electrolito y medir el área cubierta por el cobre.

Faraday.

3. Con la placa no. 1 armar el circuito de acuerdo al diagrama de la Fig. 1

4. Encender la fuente durante 60 seg y registrar la lectura de corriente en la Tabla 1 (transcurrido dicho tiempo apagar la fuente).

b. El espesor del cobre electrodepositado

7. Pesar la placa cubierta por el cobre y por diferencia calcular los gramos de cobre electrodepositado.

8. Repetir el procedimiento anterior para las placas metálicas 2, 3, 4 y 5 para 120, 180, 240 y 300 s, respectivamente

José Antonio Barraza Madrigal

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Conclusiones: Los capacitores tienen muchas aplicaciones que utilizan su capacidad de almacenar carga y energía El acto de cargar o descargar un capacitor, se puede encontrar una situación en que las corrientes, voltajes y potencias si cambian con el tiempo. Cuando τ es pequeña, el capacitor se carga rápidamente; cuando es más grande, la carga lleva más tiempo. Si la resistencia es pequeña, es más fácil que fluya corriente y el capacitor se carga en menor tiempo. Cuando se carga un capacitor ,la corriente se aproxima a cero y la carga del capacitor tiende asintóticamente a su valor final Qf y el aumento de carga en el capacitor hacia su valor límite se retrasa durante su tiempo caracterizado por la constante de tiempo RC. Si un resistor presente (RC=0), la carga llegaría inmediatamente hacia su valor límite. Cuando se descarga un capacitor. La corriente lo y la carga inicial Qo: tanto I como q se acercan asintóticamente a cero. La carga en el capacitor varía con el tiempo de acuerdo con la ecuación q(t) = Qe-t/RC. la caída de potencial a través de la resistencia, IR, debe ser igual a la diferencia de potencial a través del capacitor, q / C entonces IR = q/c. Cuando el interruptor está abierto, existe una diferencia de potencial Q / C a través del capacitor y una diferencia de potencial cero a traves de la resistencia ya que I = 0. Si el interruptor se cierra al tiempo t = 0, el capacitor comienza a descargarse a través de la resistencia.

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