determinacion de la carga del electron por proceso electrolitico

LABORATORIO DE FISCA II

DETERMINACION DE LA CARGA DEL ELECTRON POR PROCESO ELECTROLITICO

I. OBJETIVOS:

- Verificar experimentalmente que la carga del electrón es e=1.602×10−19C .

- Verificar Experimentalmente que el número de partículas presentes en un mol

de sustancia es 6.023×1023.

II. INTRODUCCION: El fenómeno denominado electrolisis fue descubierto por el físico y químico inglés Michael Faraday en 1832. Al introducir un par de electrodos en una solución de un compuesto iónico en agua y hacer circular una corriente a través de ellos, obtenía sobre el ánodo y el cátodo sustancias diferente entre si y al compuesto original.No tardó en encontrar una proporcionalidad entre la corriente que circulaba y la masa de sustancia que se deposita en los electrodos. Resultó, sin embargo, algo sorpresivo otro descubrimiento: al hacer circular la misma corriente por dos soluciones en las que la electrólisis generaba hidrógeno gaseoso, el cociente entre la masa de hidrógeno liberado por la primera y el generado por la segunda resulta ser siempre un numero natural. A partir de estos resultados, Faraday infirió que la corriente eléctrica es un flujo de partículas.En este caso teniendo en cuenta la estequiometria de la reacción del Cobre analizaremos la carga del electrón y demostraremos que el número de partículas

presentes en un mol de sustancias es 6.023×1023.

III. FUNDAMENTO TEORICO: En este experimento se determina la cantidad de corriente eléctrica requerida para la transferencia de una determinada masa de metal en este caso cobre, desde un electrodo a otro. La cantidad de carga eléctrica se obtiene a partir de la intensidad y el tiempo de flujo de la corriente eléctrica, ambos medidos experimentalmente. L a intensidad se mide por medio de un amperímetro, el cual proporciona medidas en amperios, y el tiempo en un cronometro. El amperio equivale a un Coulombio/Segundo, siendo el Coulombio la unidad practica para expresar la corriente eléctrica.

Si se pasa corriente continua a través de una disolución de sulfato de cobre,

CuSO4. Los iones Cu2+¿ ¿ migran hacia el cátodo y los iones SO42−¿ ¿ se removieran

hacia el ánodo. Cuando los iones Cu2+¿ ¿ llegan al cátodo, cada uno de ellos

ganara 2 electrones y se convertirá en átomo de cobre. Si los átomos se adhieren al cátodo, este se recubrirá de cobre.

Cu2+¿+2e→Cu¿ (Cátodo – Reducción)

Cu→CuCu2+¿+2e¿ (Ánodo – Oxidación)

Cu2+¿+Cu→Cu+Cu2+¿¿ ¿

Hilario Vergara Kevin Iván


IV. INSTRUMENTOS Y MATERIALES:

Hornilla o Cocina Eléctrica: Aquel en que se produce calor por medio de la energía eléctrica. Puede ser de resistencia, de arco y de inducción. Horno manual de barro refractario o metal. Sirve para calentar soluciones en laboratorio.

Baso de Precipitado: Un vaso de precipitados es un recipiente cilíndrico de vidrio fino que se utiliza muy comúnmente en el laboratorio, sobre todo, para preparar o calentar sustancias y traspasar líquidos. Son cilíndricos con un fondo plano. Normalmente son de vidrio o de goma aquéllos cuyo objetivo es contener gases o líquidos.

Electrodos de Cobre: Son placas metálicas (Cu) que se suelen utilizarse en electrolisis, en este caso para determinar la carga del electrón.



Amperímetro: Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. Un micro amperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio.

Reóstato: Un reóstato es un resistor de resistencia variable. Es por tanto un tipo constructivo concreto de potenciómetro que recibe comúnmente este nombre en vez del de potenciómetro al tratarse de un dispositivo capaz de soportar tensiones y corrientes muchísimo mayores, y de disipar potencias muy grandes. Los reóstatos son usados en Ingeniería Eléctrica en tareas tales como el arranque de motores o cualquier tipo de tarea que requiera variación de resistencia en condiciones de elevada tensión o corriente.



Fuente de Alimentación: En electrónica, una fuente de alimentación es un dispositivo que convierte las tensiones alternas de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta.

Cronometro: El cronómetro es un reloj o una función de reloj utilizada para medir fracciones temporales, normalmente breves y precisas.

V. PROCEDIMIENTO: 1. Instalar el circuito tal como se muestra en la figuro (1), pero no conectar los

electrodos, la resistencia variable intercalada en el circuito nos permitirá mantener constante la intensidad o flujo de la corriente, cuando va avanzando el experimento. Si la resistencia variable se intercala de la forma que el valor sea elevado, disminuye la intensidad que pasa por el circuito, si se disminuye el valor hasta que la resistencia sea baja, la intensidad de la corriente aumente. El ánodo también es de cobre. Mida la superficie de cada electrodo.Agitar con una varilla de vidrio cuidando no tocar los electrodos. La agitación de la disolución produce distribución homogénea de los iones en el líquido.

2. Limpiar los electrodos con ácido clorhídrico y lavar con agua destilada. Dejar secar.

3. Calentar la solución hasta 55°C



4. Pesar el cátodo con precisión: 0.0001 g5. Probar el circuito, sin conectar los electrodos. Verificar que la intensidad (I)

sea constante.6. En circuito abierto (apagada la fuente) conectar los electrodos que se los

sumerge en la solución.7. Hacer que el profesor verifique el circuito.8. Conectar la alimentación y hacer funcionar el cronometro (t=o) a

Intensidad constante9. Proceder a la electrolisis (t=25 a 25 minutos).10. Interrumpir el experimento, anotando el “t” repetitivo.11. Sacar los electrodos y examinarlos , anotando las ocurrencias.12. Sumergir el cátodo en agua destilada limpiándolo cuidadosamente.13. Secar el cátodo en la cocina eléctrica.14. Pesar el cátodo en la posición indicada (Paso 4) y anotar el valor.15. Determinar la diferencia de pesos del cátodo.16. Repetir para t=40 y t=50 minutos.

CIRCUITO EXPERIMENTAL:


Cu adherido

Cocina Eléctrica

Disolución de CuSO4

Electrodos de Cu

Amperímetro

Fuente de CC.

Resistencia Variable


VI. RESULTADOS Y ANALISIS:

1. Masa de l cátodo limpio y seco mantes=17.6g2. Masa del cátodo limpio y seco mdespues=18.0 g3. Masa del Cobre deportado mdepues−mantes=0.4 g4. Intensidad de la corriente I=0.6 A5. Tiempo de electrolisis t=22min¿1320 segundos.6. Número de moles de Cobre:

1 mol Cu----------------------63.54 gr.X mol Cu-------------------- 0.4 gr.

X= 6.3 x 10-3 moles

7. Carga Q:

Q=I ×t

Q= (0.6 A ) (1320 s )=792 A . s .

qe = Q

2N A ¿moles ¿= 792

2(6.02×1023)(6.3×10−3)

qe=1.0436×10−19C

8. Número de electrones transferidos:

N e=Qqe

N e=793C

1.602×10−19C=4.95×1021e

9. Número de átomos de Cu deportados:

Número de iones Cu2+¿ ¿ = N e

2

Número de iones Cu2+¿ ¿ = (4.95×1021electrones)/2

Número de iones Cu2+¿ ¿ + = 2.475×1021 Cu

10. Número de átomos de Cu en un mol de Cu(N A):

Pérdida de masa del electrodo = masa de los iones Cu2+¿ ¿ = 0,4 g

2.475×1021 Iones Cu2+¿ ¿ / 0.4 g= 6.1875×1021ÁtomsCu

Átomsde Cumol deCu

=6.1875×1021ÁtomsCu / gCu

(63,546 g/mol deCu)



Átomsde Cumol deCu

=5.93×1023 Átoms deCumoldeCu

11. % Error en qe:

%Error qe=(1.602×10−19−1.0436×10−19)

1.602×10−19

%Error qe=0.348%

12. % Error en N A:

%Error N A=(6.022×1023−5.93×1023)

6.022∗1023%Error N A=0.346%

VII. CONCLUSIONES: - A partir de la electrólisis de Cu, determinamos un valor e=×10−19C para la

carga del electrón. El cual resulta similar si lo comparamos con el que Eisberg cita en su libro e teórico=1.602176487×10

−19C.- Se logró determinar y comprobar el número de abogadro y conseguimos un

dato de 5.93×1023 a comparación del dato teórico 6.022×1023. Esto indica la cantidad de partículas que hay en una sustancia.

VIII. CUESTIONARIO:

1. A partir de las observaciones de los electrodos durante la electrolisis.¿Cuál de los dos resultados, el del ánodo o del cátodo, podría esperarse que fuera más preciso?.Si se trata de pesos, el Cátodo tiene mayor peso y el ánodo siempre queda igual por lo tanto el ánodo sería el más preciso. Pero si analizamos como en este caso el Cu adherido se tomaría al cátodo porque el ánodo no cambia su masa ni atrae al Cu.

2. ¿Por qué se requiere que los electrodos se encuentren en posiciones fijas durante la electrolisis?En primer lugar, se coloca en posiciones fijas para que no choque con el vaso de precipitado que contiene la disolución, Segundo; a parte que están fijos se coloca paralelos para que haya un uniforme traspaso de iones entre Cátodo y Ánodo.

3. Demuestre, mediante análisis dimensional, que la respuesta debe indicarse en Coulombio por electrón.

1C=Amperio×Segundo



Se las unidades de la carga del electrón son Ce

. Se toma sobre

electrón porque para carga de 1e le corresponde 1.602×10−19C

4. Distinguir entre conducción metálica y eléctrica.

Conducción Metálica: Resulta de la aplicación de una fuerza eléctrica suministrada por una pila, batería o alguna otra fuente de energía eléctrica. Se necesita un circuito completo para producir corriente.

Conducción Electrolítica: La carga es transformada por los iones , pero no ocurrirá a menos que los iones del electrolito se puedan mover libremente, por consiguiente , la conducción electrolítica es exhibida principalmente por sale fundidas y soluciones acuosas de electrolitos. De esta forma, una corriente que pase a través de un conductor electrolítico requiere que el cambio químico acompañe el movimiento de iones.

5. ¿Por qué debe ocurrir la oxidación – Reducción para mantener estable la electricidad durante la conducción electrolítica?Para que así exista transferencia de electrones y por lo cual el Cu puede depositarse en el Cátodo.

6. Defina: cátodo y ánodo, Faraday, voltio y amperio.

Cátodo: El cátodo es el electrodo en el se produce la reacción de reducción. es el electrodo negativo, en el cual los iones (átomos cargados eléctricamente) qué se dirigen del ánodo (electrodo positivo) al cátodo reciben el nombre de cationes, y los iones que se dirigen del cátodo al ánodo tienen el nombre de aniones.

Ánodo: El ánodo es un electrodo en el cual se produce la reacción de oxidación. Es un polo hacia donde se dirigen los aniones(cargas negativas), por lo tanto es un polo positivo.

Faraday: Se denomina faradio o farad (símbolo F), en honor a Michael Faraday, a la unidad de capacidad eléctrica del Sistema Internacional de Unidades (SI).

Voltio: El voltio o volt (símbolo V), es la unidad derivada del Sistema Internacional para el potencial eléctrico, la fuerza electromotriz y la tensión eléctrica. Recibe su nombre en honor a Alessandro Volta, quien en 1800 inventó la pila voltaica, la primera batería química.



Amperio: El amperio o ampere (símbolo A), es la unidad de intensidad de corriente eléctrica. Forma parte de las unidades básicas en el Sistema Internacional de Unidades y fue nombrado en honor al matemático y físico francés André-Marie Ampere.

7. Escriba las ecuaciones que suceden en los electrodos de una celda electrolítica para purificar cobre.

Cu2+¿+2e→Cu¿ (Cátodo – Reducción)

Cu→Cu2+¿+2e ¿ (Ánodo – Oxidación)

8. ¿Qué significa el número de la carga de un electrón y el número de entidades por mol de una sustancia?

Dicha cantidad, cuyo valor es de 1,602×10−19 Coulombio, es llamada carga elemental o fundamental, y es considera a veces un cuanto de carga eléctrica, asignándosele un valor unitario. Por razones históricas y ventajas en ecuaciones matemáticas, se considera a la carga del protón como positiva, mientras que a la del electrón como negativa. Por esto se dice que los protones y electrones tienen cargas de +1 y -1 respectivamente, aunque esta elección de signo es totalmente arbitraria.

Dada cualquier sustancia (elemento o compuesto químico) y considerando a la vez un cierto tipo de entidades elementales que la componen, se define como un mol a la cantidad de esa sustancia que contiene tantas entidades elementales del tipo considerado, como átomos hay en 12 gramos de carbono-12. Esta definición no aclara a qué se refiere cantidad de sustancia y su interpretación es motivo de debates,1 aunque normalmente se da por hecho que se refiere al número de entidades, como parece confirmar la propuesta de que a partir del 2011 la definición se base directamente en el número de Avogadro (de modo similar a como se define el metro a partir de la velocidad de la luz).

IX. BIBLIOGRAFIA:

http://es.wikipedia.org/wiki/Mol http://es.wikipedia.org/wiki/Cantidad_de_sustancia Manuales química pág. 123 y 156 http://www.buenastareas.com/ensayos/Determinaci%C3%B3n-De-La-

Carga-De-Un/823320.html


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