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• Sandro Fabrizzio Sanchez Sanchez

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CELDAS ELECTRLITICAS I.

II.

OBJETIVOS I.1. Construir una celda electrolítica e identificar cuáles son sus elementos. I.2. Medir variables eléctricas(voltaje, amperaje, ) I.3. Determinar cuál es la influencia de la distancia entre los electrodos sobre las variables eléctricas. MARCO TEÓRICO II.1. Electrolisis Electrolisis es el proceso donde se emplea una determinada cantidad de energía eléctrica haciéndola pasar a través de una sustancia en solución o fundida ocasionando en ella cambios químicos. La electrolisis se lleva a cabo en un dispositivo conocido como celda electrolítica.[1] II.2. Celda electrolítica Las celdas electrolíticas están constituidas por un recipiente; el cual contiene al electrólito y debe ser de un material que no reaccione con éste, dos electrodos (uno funciona como cátodo y el otro como ánodo) quiénes permiten el paso de la corriente eléctrica. Una fuente de voltaje y un amperímetro.[1] Fig Nº1. Celda electrolítica.

II.2.1. Partes de una celda electrolítica. 2.2.1.1. Celda o cuba electrolítica: depósito, donde ocurre o se lleva a cabo la electrolisis 2.2.1.2. 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.

2.2.1.3. Electrodo: Son barras o placas generalmente metálicas que al estar en contacto con el electrolito, logran que éste entre en reacción, puesto que son los terminales de los bornes de una batería o acumulador de corriente continua (fuente) Pueden ser: - Activos: Cuando además de conducir la corriente eléctrica, reaccionan participando en el proceso y por lo tanto sufren cambios químicos durante el proceso Ejemplo: Zn, Cu, Ag, Sn - Inertes: Cuando su única función es conducir la corriente eléctrica, reaccionan participando en el proceso y por lo tanto sufren cambios químicos durante el proceso. Ejemplo: Grafito, Pt, Pd 2.2.1.4. Cátodo: Es electrodo que lleva electrones a la solución electrolítica o electrolito y es donde ocurre la reducción; su carga es negativa. Los iones que van al cátodo se llaman cationes y son iones positivos. 2.2.1.5. Ánodo: Es el electrodo que saca electrones de la solución electrolítica, y es donde ocurre la oxidación, su carga es positiva. Los iones que se dirigen al ánodo, se llaman aniones y son los iones negativos. 2.2.1.6. 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.[2]

II.2.2. Potencial de la celda. La corriente de electrones fluye del ánodo al cátodo porque hay una diferencia de energía potencial entre los dos electrodos.

El potencial de la celda o fuerza electromotriz (fem) que aparece reflejado en el voltímetro se obtiene de:

Epila = Ecátodo- Eánodo

Hay que tener en cuenta que no podemos medir los potenciales absolutos, con los instrumentos de medida de voltaje sólo podemos medir diferencia de potencial. El potencial relativo de un electrodo vendrá dado por:

ERelativo = EElectrodo- EReferencia

Para que los datos puedan ser aplicados de una manera general se refieren a un electrodo de referencia: Electrodo Estándar de Hidrógeno que se le da por convenio el valor de 0,00 voltios. Se obtiene así una tabla de potenciales estándar EO referidos al electrodo de hidrógeno medidos a temperatura de 25 ºC (298 Kelvin)[3]

Fig Nº2. Potenciales electroquímicos de reducción.

La diferencia de potencial es una medida de la tendencia que tiene la reacción de transcurrir de un estado de no-equilibrio a un estado de equilibrio. El potencial de la celda depende de: • Naturaleza de los Electrodos • Naturaleza de los Iones • Concentración • Y Temperatura

II.3.

Aplicaciones II.3.1. Electrodeposición: Es un proceso electroquímico en el que se usa una corriente eléctrica para reducir cationes en una solución acuosa que los contiene para propiciar la precipitación de estos, que suelen ser metales, sobre un objeto conductivo que será el cátodo de la celda, creando un fino recubrimiento alrededor de este con el material reducido.[1]

Fig Nº3. Electrodeposición DE Cu y Ag.

II.3.2. Protección Catódica (CP) es una tecnología que ha sido utilizada por décadas en el mundo entero como una protección efectiva para estructuras metálicas contra la devastación del óxido. De acuerdo a la Marina de los Estados Unidos de América, la Protección Catódica es la mejor forma de control electrónico de la corrosión. Es muy utilizada en las actividades navales para proteger estructuras sumergidas y estructuras costeras. Se utiliza también ampliamente para proteger los interiores de los tanques de almacenamiento de agua.[1]

Fig Nº4. Protección catódica.

III.

MATERIALES, INSTRUMENTOS Y EQUIPOS

a. Materiales: -

2 electrodos de grafito (pila) Agua destilada 2 conectores de 15 cm con sus cocodrilos 1 bandeja de vidrio 20 gr de NaCl

b. Equipos : -

Cámara digital 2 Multitester Fuente de energía eléctrica

c. Instrumentos: -

Regla métrica Alicate Pinzas Vaso de precipitación de 500ml Cuchara de agitación

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL a. Preparación de la solución de NaCl al 2% - En un vaso de precipitación se coloca 100 ml de agua destilada - Agregar 20 gr de NaCl al vaso de precipitación y agitar hasta disolver b. -

Preparación de los electrodos de grafito De 2 pilas grandes, con el uso de un alicate separar el grafito Retirar impurezas retenidas por los grafitos Insertar conectores metálicos a los grafitos

c. -

Instalación del sistema Se coloca la solución preparada en una bandeja de vidrio Medir el pH inicial con el papel medidor de pH de la solución preparada Se realiza la conexión de la fuente hacia los electrodos mediante conectores con terminales cocodrilos Los 2 Multitester se colocaran en paralelo para medir el voltaje de salida y en serie para medir el amperaje de salida Se medira las diferentes distancias entre los electrodos con la regla métrica y los voltajes de entrada y salida al igual que el amperaje de entrada y salida para cada distancia medida Se tomara el pH final con el papel medidor de pH

-

-

Figura 1. Preparación del sistema

V.

RESULTADOS Y DISCUSIONES V.1. RESULTADOS

voltaje

Distancia 4 8 12 4 8 12 4 8 12 4 8 12

1 3 5 7

Vsfuente 1 1 1 3 3 3 5 5 5 7 7 7

Vecelda 0.96 1 1 3 2.97 2.98 4.68 4.73 4.80 6.49 6.55 6.61

PH Inicial: 7.5 PH final: 8.5 CALCULO DE LA RESISTENCIA R=Ƥ

l A

La resistividad del carbono es de 60*10-8 Ω*m

Isalida 0 0 0 0.03 0.02 0.01 0.17 0.14 0.12 0.32 0.28 0.25

Ientrada 0 0 0 0.03 0.02 0.02 0.17 0.14 0.12 0.32 0.29 0.24

El área de los electrodos de carbono:

A = 1.43*10-3 m2 Para una distancia de 4 cm l R=Ƥ A R=1.68∗10−5 Ω Para una distancia de 8 cm l R=Ƥ A R=3.36∗10−5 Ω Para una distancia de 12 cm l R=Ƥ A R=5.03∗10−5 Ω

V.2.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Grafica de salida N°1: Medición del Voltaje e intensidad de corriente de salida dentro de la celda electrolítica

8 7 6 5 voltaje(V)

4

4 cm

3

8 cm

2

12 cm

1 0 0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

Intensidad(A)

-

Nos damos cuenta a medida que aumenta el voltaje en cada etapa de prueba, la intensidad de corriente en general será mayor, pasando de un estado neutro (voltaje 1) a un valor de intensidad promedio de 0.27 (Voltaje 7). Por lo tanto podemos decir que estos dos parámetros tienen una relación directamente proporcional.

-

En la gráfica de salida nos arroja datos netamente de la fuente, lo que nos hace referencia a la cantidad de electrones e intensidad de estos que son aplicados a ambas probetas de grafito.

-

A medida que aumenta la distancia entre las probetas de grafito será menor la intensidad de corriente que se puede medir, ya que se dificulta el paso de electrones con menor capacidad de transporte.

Grafica de salida N°2: Medición del Voltaje e intensidad de corriente de entrada dentro de la celda electrolítica

Chart Title 7 6 5

4 cm

4

8 cm

voltaje de celda(V) 3

12 cm

2 1 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

Intensidad de entrada(A)

-

En la gráfica de entrada, observamos que la intensidad y el voltaje suelen disminuir en comparación con la gráfica de salida directa de la fuente, esto debido al transporte de electrones siempre tendrán una cierta perdida, ya sea por el medio en que se desarrolla o imperfecciones en el cableado, etc.

-

Debemos tener en cuenta que al aumentar el voltaje, aumenta la intensidad de corriente conllevando a que en los grafitos empiecen a emitir burbujas (Iones Hidronio H+) debido reacción electroquímica. Por lo tanto De las gráficas podemos deducir que mientras mayor sea la distancia entre los electrodos de carbono y bajo un mismo voltaje la intensidad en la celda electrolítica disminuirá. Esto se debe a que a mayor distancia la cantidad de electrones que fluirán en un determinado tiempo será menor. En relación al PH se podemos afirmar que este aumenta al aumentar el tiempo de experimentación

VI.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones  

Se concluye que se logró Construir una celda electrolítica e identificar cuáles son sus elementos. Se concluye que se logró Medir variables eléctricas(voltaje, amperaje, )



Se concluye que se logró Determinar cuál es la influencia de la distancia entre los electrodos sobre las variables eléctricas.

Recomendaciones 

VII.

Se recomienda que dentro de una celda electrolítica el potencial aplicado por la fuente electromotriz debe de ser controlada, y asi poder acelerar o no la reacción electroquimica; y una forma de darse cuenta si el potencial esta alto será cuando empiecen a burbujear de menos a más (Iones H+ liberados según el medio en el cual se encuentren los electrodos de grafito)

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1]Celdas electrolíticas [Online] Disponible en: http://celdaelectrolitica.blogspot.com/ [2] Partes de una celda electrolítica [Online] Disponible en: http://www.fullquimica.com/2013/04/partes-de-una-celdaelectrolitica.html [3]Potencial de celda [Online] Disponible en: http://quimica.laguia2000.com/general/celdaselectroquimicas

ANEXOS

ANEXO I: FOTOGRAFÍAS DE MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS.

Fig. 09. Alicate.

Fig. 10. Pinzas.

Fig. 11. Franela de Algodón.

Fig. 08. Multitester.

Fig. 12. Lijas abrasivas.

Fig. 12. Sal

Fig. 13: Separación de los electrodos de grafito

Fig. 14: Medición del Voltaje e Intensidad de corriente