Bromo por electrolisis1. Introduccin.-La electrolisises un proceso mediante el cual se logra la disociacin de una sustancia llamada electrolito, en sus iones constituyentes (aniones y cationes), gracias a la administracin decorriente elctrica.Bsicamente hay dostipos deelectrolitos, los llamados fuertes y dbiles. Los utilizados en la electrolisis son los electrolitos fuertes. Esta familia est formada por todas las sales, cidos fuertes e hidrxidos fuertes. Como bases fuertes podemos citar a las de los metales alcalinos y alcalinotrreos como los hidrxidos de Sodio, Potasio, Calcio y Magnesio. Como ejemplos de cidos fuertes tenemos al cido clorhdrico, sulfrico, ntrico y perclrico.Este proceso se tiene que llevar a cabo enun aparato llamado cuba o celda electroltica. Est formada por dos electrodos de un metal inerte, por ejemplo Platino o Paladio. Conectados a una fuente deenerga elctricao 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 inica como una sal que permite el flujo constante de cargas.La electrolisistiene unautilidadmuy 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 corrosin, se le aplica una pelcula de otro metal que es inoxidable. Para la produccin de gases como el Hidrgeno y Oxgeno tambin se usa la electrolisis.Elcientficoque mejor estudio, explico y descubri este proceso fue el InglsMichael Faraday. Enuncio dos leyes importantsimas 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 l. Segunda Ley: La cantidad de electricidad que se requiere para depositar o liberar un equivalente qumico de un elemento es siempre la misma y esaproximadamente96500 C (Coulombs o Culombios).Para recordar el concepto de equivalente qumico, diremos que el equivalente qumico de un elemento es igual al pesomoleculardividido por su valencia. Si tiene ms de una se usa la que utiliza en la reaccin.Las reacciones qumicas de una electrolisis, son reacciones redox. Al electrodo negativo se llama Ctodo. All es donde ocurre la reduccin y en el positivo o nodo se produce la oxidacin.En nuestro caso veremos la electrolisis del bromuro de sodio.Las reacciones que ocurren en los electrodos son respectivamente:En el nodo: 2Br - == Br2 + 2e-[1]En el ctodo:2 H2O + 2 e- == 2 OH- + H2[2]El bromo elemental se disuelve en el agua y reacciona con el hidrxido formado segn:3 Br2 + 6 OH- == 5 Br - + BrO3- + 3 H2O [3] (disproporcin del cido hipobromoso)Una reaccin parasita es la reduccin del bromato en el ctodo, fenmeno que reducira la eficiencia de nuestra electrlisis segn:BrO3- + 3 H2O + 6 e- == Br- + 6 OH-. [4]Para evitar sta reacciona es que se aade el dicromato.Al acidificar la solucin logramos favorecer la formacin de bromo segn:5Br- + BrO3- + 6H+ == 3Br2 + H2O[5]Sin embargo, la presencia de bromuro en exceso destruye algo de bromo segn:Br- + Br2 == Br3-[6]El tiempo total de electrlisis puede calcularse por medio de la relacin de Faraday:I*t = F*n[ec. 1]Donde I = corriente, t = tiempo, F = constante de Faraday (96485 C/mol) y n = nmero de moles.Para asegurar un buen rendimiento, la experiencia sugiere usar un tiempo 50% ms largo que el tiempo calculado.

2. Materiales.-Realizaremos la electrlisis de 50 g de NaBr (o su equivalente) en una pequea celda equipada de 2 electrodos de grafito, una fuente de poder y una resistencia comprendida entre 5 y 10 ohms y 25 W (o su equivalente, unas 8 resistencias de 1 ohm y 10 W conectadas en serie). Tendremos a mano unos 50 miligramos de dicromato de potasio y cido sulfrico. La purificacin del producto obtenido ser por medio de una filtracin simple sobre embudo con papel o una bolita de algodn.

3. Procedimiento.-La celda electroqumica fue improvisada a base de un recipiente de vidrio de boca ancha y poca profundidad en cuya tapa perforamos 2 agujeros con el dimetro justo para introducir los electrodos de carbn, se cuid que estos puedan hacer un corto circuito. En la celda se disolvi NaBr en una cantidad adecuada de agua y aadimos el dicromato. Cerramos el circuito con la resistencia y la fuente de poder cuidando que la corriente est entre 1 y 1.2 amperios y el potencial entre 12 y 15 voltios. Se evalu de tiempo en tiempo la temperatura de las resistencias puesto que segn las condiciones de electrolisis estas se sobrecalentaban constantemente y eran pasibles a corte. Luego se registr constantemente el tiempo el voltaje y la corriente en el sistema.4. Resultados y discusin.-1. Identificar fsicamente el nodo y el ctodo.En nuestro caso la diferenciacin entre el nodo y el ctodo fue ms o menos obvia. Como utilizamos electrodos de grafito, uno de ellos aparentaba una forma ms carcomida con el pasar del tiempo, vale decir el ctodo de grafito. Y la otra se encontraba rodeada de una suerte de burbujas que representan al hidrogeno saliente sobre la misma. Cabe mencionar que el hidrogeno logra percibirse sobre el ctodo de manera muchsimo ms notoria que el bromo sobre el nodo.2. Explique el porqu del dicromato.La razn principal por la cual se utiliza el dicromato en este caso tiene que ver con la reaccin parasita [4]. De no utilizarse dicho dicromato, no se prevendra la descomposicin del bromato y se dara ms fcilmente la reaccin parasita. Lo que hara que la eficiencia de la celda decayera drsticamente. Bsicamente previene la reduccin del bromato nodo, evitando que el bromato regrese a la forma de bromo.3. Determinar el rendimiento de Br2 en funcin al tiempo de electrlisis (grado de avance de la reaccin).Valindonos de la ecuacin:I*t = F*nPara una corriente de 1.25 A y un tiempo de 115 minutos se tiene:

Valindonos de la ecuacin:2Br - == Br2 + 2e-

Empleando:2Br - + 2H+ == Br2 + H2 3 Br2 + 6 OH- == 5 Br - + BrO3- + 3 H2O ------------------------------------------------------------------------- 2Br2 + H2O + 4 OH- == 3Br- + BrO3- + H2O + H2

En cuanto al rendimiento:0.08939

4. Determinar el efecto de la temperatura y el pH sobre el equilibrio de la reaccin [5].Como en la reaccin [6] una determinada concentracin de hidrgenos del lado de los reactivos, un incremento del potencial de hidrogeno desplazara el equilibrio de la reaccin en sentido derecho en orden de amortiguar dicho incremento.Si se disminuye el pH, es decir si se baja la concentracin de hidrgenos, la reaccin tender a ir a la izquierdaAs mismo, el efecto de la temperatura para nuestro caso se basa en lo siguiente. Al ser dicha reaccin exotrmica, es decir que libera calor al entorno, un aumento de la temperatura de la misma lograr que el equilibrio se desplace hacia los reactivos, caso contrario, de disminuir la temperatura de la misma el equilibrio ha de desplazarse al lado derecho.

5. Identificar las condiciones de rendimiento mximo respecto a la proporcin entre BrO3- y Br- (agua de bromo).Se tienen las reaccin de desproporcin del cido hipobromoso: 3 Br2 + 6 OH- == 5 Br - + BrO3- + 3 H2OY se tiene la reaccin de formacin de bromo cuando se realiza la acidificacin.5Br- + BrO3- + 6H+ == 3Br2 + H2OEstas reacciones nos permiten ver como variar la formacin de bromo. A partir de estas se puede ver que el bromo no tiene que reaccionar en presencia de agua, ya que esto hacer que el bromo produzca bromuros y bromatos (lo cual no es deseado). Se puede ver tambin que es necesario que la reaccin debe suceder en un medio acido para asegurar mayor concentracin de hidrgenos y que asi pueda formarse mayor cantidad de bromo gaseoso.6. Determinar el rendimiento obtenido.El rendimiento no pudo ser determinado debido a que no se pudo apreciar la separacin de bromo de la fase acuosa. Esto pude deberse principalmente a que el tiempo que se realiz la electrolisis no fue suficiente.7. Estimar la importancia de la reaccin parsita [4] en sus resultados.Tomando en cuenta como se producen las reacciones se define un parmetro . Si fuera igual a 1 las reacciones parasitas no existiran, si fuera mayor que 1 estas seran de mayor importancia.Reaccin parasita:BrO3- + 3 H2O + 6e- == Br- + 6OH-Coeficiente de medida de la extensin en que se producen las reacciones parasitas por especie ionizada:1 = 2 =

10gr NaBr x 0.097mol NaBrNaBr no reacciona en agua pero este funciona como disolvente produciendo los siguientes iones:NaBr(s) Na(ac)+ + Br(ac)-a 0.097mol NaBr x 0.097mol Br- BrO3- + 3 H2O + 6e- == Br- + 6OH-0.097mol Br- x 0.097mol BrO3- 1 = = 1En la reaccin parasita:0.097mol Br- x 0.582mol OH-0.097mol Br- x 0.291mol H2O 2 = = 1.97

Se podr determinar que el efecto delas reacciones parasitarias afectar aproximadamente enuna relacin:

Por lo que se puede decir que la reaccin parasita afectara en aproximadamente 50%

5. Conclusin.-El presente laboratorio tuvo una suerte de inconvenientes que nos llevaron a la poca precisin del mismo. El caso de las resistencias que se recalentaban demasiado desde un principio. El problema con los electrodos de grafito para mantenerlos en posicin. El hecho de no contar con el tiempo suficiente, en fin una gran cantidad de falencias nos llevaron a un resultado bastante inconcluso. Es mas, no llegamos a obtener siquiera el producto sobre el cual estn fundamentado el trabajo el bromo. Mucho menos se pudo proceder con el tema de la filtracin. Bsicamente si bien el estudio del laboratorio nos permiti ver de manera practica la teora detrs de la electrolisis de compuestos, nuestras limitaciones operativas nos coartaron los resultados esperados.

UNIVERSIDAD CATLICA BOLIVIANA SAN PABLOUNIDAD ACADMICA REGIONAL COCHABAMBADepartamento de Ciencias Exactas e Ingeniera (CEI)Ingeniera Qumica

Bromo por electrlisis

Nombres y apellidosCabrera Jimenez RichardSoliz Toranzo Mijal JavierTaborga Mariscal RonaldVillarroel Rocha Dimar DocenteDr. David Amurrio Derpic

Cochabamba - Bolivia06 de Junio 2014