electroquimica y corrosion 6to labo

7/22/2019 Electroquimica y Corrosion 6to Labo

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ELECTROQUIMICA YCORROSION

OBJETIVOS:

Conocer la aplicacin de la electrolisis.

Estudio de la conversin de la energa qumica y viceversa

Comprender el proceso de la generacin de energa elctrica, utilizando sustanciasqumicas

Conocer porque y como se da el proceso de corrosin con la finalidad estudiarmtodos que protegen a los metales.

FUNDAMENTO TEORICO:

Las reacciones de oxidacin y reduccin son aquellas que implican una

transferencia electrnica, ocasionando un cambio en el nmero de oxidacin de los

reactantes.

Como ejemplo podemos observar la siguiente reaccin

Zn(s)

+ Cu++(aq)

Zn++(aq)

+ Cu(s)

Donde el Zn se ha oxidado desde su estado elemental con nmero de oxidacin

cero hasta un estado de oxidacin +2, debido a la perdida de los electrones, mientras que

el Cu++, se ha reducido desde su estado inico a su estado elemental por haber ganado

electrones.

Toda reaccin de oxidacin debe estar acompaada de una reduccin y viceversa,

por lo que al reactante que sufre la oxidacin se le denomina agente reductor ya al

reactante que sufre la reduccin se le denomina agente oxidante.

Algunas veces ocurre que una misma sustancia sea simultneamente oxidante yreductora.

Ejemplo:

3NaClO NaClO3 + 2NaCl


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CELDAS GALVANICAS.-

Las reacciones de oxidacin-reduccin se pueden realizar estando los

reaccionantes separados por un espacio o un cuerpo y unidos mediante una conexin

elctrica. Donde se realiza la reaccin de oxidacin-reduccin entre el Zn metlico y una

solucin de iones Cu++.(Fig 1)

La fig. 2 muestra un vaso donde se encuentra una placa de Zn metlico en una solucin de

Zn++, y en otro vaso una solucin de iones Cu++conteniendo en su interior una placa de de

Cu metlico. Ambos vasos que constituyen las semiceldas respectivas, estn unidas por un

tubo en U invertido (puente salino), que contienen una solucin saturada de KCl. Las

placas metlicas se encuentran unidas por un conductor, en este sistema se realizan lasreacciones de oxidacin-reduccin sobre las placas metlicas.

La semireaccin de oxidacin sobre el electrodo de Zn es:

Zn Zn++ + 2e

Constituyndose el electrodo de Zn en el nodo. Igualmente, la semireaccin de

reduccin sobre el electrodo de Cu, que ser el ctodo ser:

Cu++ + 2e Cu

El flujo de electrones se realiza desde el nodo hacia el ctodo. Si se conecta un

multmetro entre los electrodos se podr observar el sentido de la corriente, y como toda

corriente elctrica se debe a una diferencia de potencial entre los electrodos, esta

diferencia de potencial vendra a ser la fuerza electromotriz de la celda.

Experimentalmente se ha determinado que el voltaje de la celda es una funcin de la

relacin de las concentraciones de iones Zn++y Cu++. Si la temperatura es 25C y las

concentraciones iguales, el voltaje de la pila ser 1.10 voltios. Si se aumenta laconcentracin del ion Zn++o si se disminuye la concentracin de Cu++, el voltaje

disminuir; y aumentara en caso contrario.

El voltaje de una celda galvnica, , depende principalmente, tanto de las sustancias

qumicas que intervienen en la reaccin como de sus concentraciones. Mide

la tendencia de los reactantes a formar productos.


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Si la reaccin se realiza espontneamente de izquierda a derecha, el potencial ser de

signo positivo. El de la celda en funcin de las concentraciones para cualquier reaccin

redox esta dada por la ecuacin de nerst.

aA + bB cC + dD

Una expresin cuantitativa para la ecuacin ser:

= -

log

Donde

: Potencial de la celda: Potencial estndar de la celda

n: Numero de electrones transferidos en la reaccin.[ ]: Concentracin de cada uno de los componentes con un exponente igual a su

coeficiente estequiomtrico.

ELECTROLISIS.-

Las reacciones de oxidacin-reduccin que ocurren espontneamente pueden ser usadas

como fuente de energa elctrica, pero en muchos otros procesos es necesario que

ocurran este tipo de reacciones, porque no se producen espontneamente, por lo que es

necesario proporcionar energa elctrica para que esta se produzca. A este proceso se

denomina electrolisis.

CORROSION.-

La corrosin es definida como el deterioro de un material a consecuencia de un ataqueelectroqumico por su entorno. De manera ms general puede entenderse como la

tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma ms estable o de menor

energa interna. Siempre que la corrosin est originada por una reaccin electroqumica

(oxidacin), la velocidad a la que tiene lugar depender en alguna medida de la

temperatura, la salinidad del fluido en contacto con el metal y las propiedades de los

metales en cuestin. Otros materiales no metlicos tambin sufren corrosin mediante

otros mecanismos.

La corrosin puede ser mediante una reaccin qumica (redox) en la que intervienen dos

factores:

la pieza manufacturada (la concepcin de la pieza: forma, tratamiento, montaje)

el ambiente (por ejemplo, un ambiente cerrado es menos propenso a la corrosin

que un ambiente abierto)
http://es.wikipedia.org/wiki/Oxidaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Oxidaci%C3%B3n


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O por medio de una reaccin electroqumica.

Los ms conocidos son las alteraciones qumicas de los metales a causa del aire, como la

herrumbre del hierro y el acero o la formacin de ptina verde en el cobre y sus

aleaciones (bronce,latn).

Proteccin contra la corrosin

Es conveniente proteger a los materiales (metales principalmente) de la corrosin ya que

la misma genera prdidas econmicas importantes. Una de las formas de proteccin son

las pelculas protectoras, que deben cumplir ciertas condiciones. stas pelculas deben ser:

inertes continuas, estar firmemente adheridas al material y ser capaces de regenerarse a

s mismas en caso de ruptura. Se pueden influir en los parmetros que alteren la velocidad

de la corrosin (como la concepcin de la pieza y el ambiente) y tambin en la reaccin

qumica misma para proteger al material. Adems, la presencia de Inhibidores de lacorrosin, de nodos de sacrificio y de la aplicacin de procesos como la Galvanoplastia

ayudan a proteger al material de la corrosin.

EXPERIMENTOS:

EXPERIMENTO N1 PILAS ESLECTROQUIMICASEn este experimento se construirn varias pilas en donde ocurrirn reaccionesespontaneas de oxidacin-reduccin, de tal forma que los electrones sean

transportados a travs de un alambre conductor.

PROCEDIMIENTO A:PILA CONSTITUIDA POR LAS SEMIPILASZn(s)/Zn

2+(0,1 M)//Cu2+(0,1 M)/Cu(s)a) Aada solucin de nitrato de cobre (II), Cu(NO3)2 0.1M al vaso de 150mL,

aproximadamente hasta la mitad; seguidamente introduzca una barrita de cobre limpia en

el vaso. Una el electrodo de cobre al terminar positivo delo voltmetro.

b) Aada solucin de nitrato de zinc Zn(NO3)2, 0.1M, al vaso de 150mL;

aproximadamente hasta la mitad. Coloque una barrita de zinc limpia en el vaso;

conecte el electrodo de zinc al otro terminal del voltmetro.

c) Anote la lectura del voltaje de las semipilas en la posicin indicada en la figura 1.
http://es.wikipedia.org/wiki/Herrumbrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Hierrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Acerohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cobrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Broncehttp://es.wikipedia.org/wiki/Lat%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Metaleshttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Galvanoplast%C3%ADa&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Galvanoplast%C3%ADa&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Metaleshttp://es.wikipedia.org/wiki/Lat%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Broncehttp://es.wikipedia.org/wiki/Cobrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Acerohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hierrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Herrumbre


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d) Ponga el puente salino; conteniendo una disolucin saturada de cloruro de potasio

de cloro, KCl, segn la figura 2. Anote la lectura del voltaje.

CALCULOS Y RESULTADOS DEL PROCEDIMIENTO A:

En la primera parte se mide el voltaje obtenido experimentalmente por las pilas

electroqumicas sin el puente salino, y nos da un valor de 0 V,

Luego se usa el puente salino (KCl) y medimos el voltaje obtenido, que es de

0.896 V.

Zn/Zn2+(0,1 M)//Cu2+(0,1 M)/Cu

Se realizan las siguientes reacciones:

Zn Zn2+ + 2e-

Cu2+ + 2e-Cu

CALCULOS Y RESULTADOS DEL PROCEDIMIENTO B:

En esta parte se mide el voltaje obtenido experimentalmente por las pilas

electroqumicas con la celda constituida de semillas, y nos da un valor de 0.463 V.

La pila:


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Pb(s)/Pb2+(0,1 M)//Cu2+(0,1 M)/Cu(s)

Se realizan las siguientes reacciones:

Pb(s) Zn2+ + 2e-

Cu

2+

+ 2e-

Cu(s)

CALCULOS Y RESULTADOS DEL PROCEDIMIENTO C:

Al reconstruir la pila de la parte a se observa el mismo voltaje obtenido

anteriormente que es 0.896 V.

Al aadir Na2S 1M al Cu(NO3)2. La nueva lectura en el voltmetro es de 0.44 V

EXPERIMENTO N2ELECTROLISIS DE UNA SOLUCION ACUOSA DE IODURO POTASICO, KI

En este experimento se efectuara la electrolisis de una solucin acuosa de ioduro

potsico, KI y se identificaran los productos que se forman en los electrodos.

PROCEDIMIENTOa) Instale el equipo de electrolisis; el tubo en U (150mm) dos electrodos

(barras de carbn) y la fuente de voltaje.

b) Aada una cantidad suficiente de solucin de ioduro de potasio, KI , 0.5M

como para llenar el tubo en U hasta 1 cm del extremo. Haga las conexiones

elctricas con la fuente elctrica y debe transcurrir la electrolisis durante 1 o

2 minutos. La fuente de corriente debe tener un potencial de unos 3 a 6 V.

c) Observe y anote todos los productos y cambios de color que tiene lugar en

el nodo, donde se produce la oxidacin.

d) Observe y anote todos los cambios en el ctodo donde tiene lugar la

reduccin

e) Observe en que proporcin el color pardo se difunde desde el nodo del

tubo en U hacia el ctodo.f) Separe cuidadosamente los electrodos, perciba el color del nodo de

carbn.

g) Emplee un gotero para extraer unos 2 mL de la solucin del extremo donde

estaba el ctodo. Aada unas gotas de fenolftalena para comprobar la

concentracin del ion OH-de la solucin. Aada gota a gota una solucin

de FeCl 3; 0.1M y observe el resultado.


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h) Mediante un gotero extraiga unos 2 mL del lquido pardo del nodo. Aada

unas gotas de CCl4; agite el tubo durante unos segundos. Deje reposar las

coloraciones de las 2 capas liquidas.

DATOS EXPERIMENTALES

En el nodo se produce la oxidacin de Iformndose I2que es de color amarillo

En el ctodo se ve un ligero burbujeo, debido al gas que se produce.

Al aadir gotas de fenolftalena la sustancia de torna de color rojo grosella,

despus al aadir gota a gota el FeCl3se torna de color mostaza.

En otro tubo al aadir unas gotas de CCl4a la solucin del nodo, se forman dos

fases, una de color rosado claro y la otra de color pardo.

CALCULOS Y RESULTADOS

Las reacciones producidas son las siguientes:

KI(ac)K++ I

2H2O + 2eH2+ 2OH

En un extremo del tubo se deposit el yodo, de color pardo, que actu como el nodo, yaque en este se produce la oxidacin:

2I I2+ 2e-

En el otro extremo se deposita el hidrgeno liberado en forma de burbujas, el cual actacomo ctodo ya que en este se produce la siguiente reduccin:

2H2O + 2e-H2+ 2OH


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EXPERIMENTO N3CORROSION DEL HIERRO POR AGENTES QUIMICOS

PROCEDIMIENTOa) Poner un calvo limpio (lijado) en cada uno de los 4 tubos de ensayo; tenga cuidado

de no romper el tubo con clavo.

b) Aada a cada tubo de ensayo hasta cubrir cada clavo las siguientes solucin

(0.1M): NaOH, Na2Cr2O7, NaCl, HCl.

c) Determine la concentracin aproximada del ion H+de cada solucin mediante el

papel tornasol u otras.

d) Despus que las soluciones hayan permanecido todo este tiempo aada a cada

una, 1 o 2 gotas de ferrocianuro potsico K3Fe(CN)6, 0,1M que contiene los iones K+

y Fe(CN)6-3 y anote cualquier cambio.

e) Aada 2 gotas de K3Fe(CN)6, 0,1M a 3 ml de FeSO4, 0,1M

f) Compare este resultado con el obtenido cuando se aade K3Fe(CN)6a las distintas

soluciones que contienen los clavos. Qu conclusiones se resultaron de esta parte.


Al poner los clavos y aadir las soluciones sucede lo siguiente

2Fe + 2HCl 2FeCl + H2

NaOH + Clavo no se observa cambios visibles

HCl + Clavo se observa la presencia de burbujas

NaCl + Clavo no se observa cambios visibles


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Na2Cr2O7 + Clavo no se observa cambios visibles

De acuerdo al papel tornasol las concentraciones son las siguientes:

Solucin NaOH Na2Cr2O7 NaCl HCl

Color inicial(solucin)

Incoloro AnaranjadoOscuro

incoloro incoloro

Color final(con K3Fe(CN)6 )

AmarilloClaro

mbar Verdeoscuro

AzulOscuro

pH (con papeltornasol)

12 6 7 1

Cuando se aaden 3 gotas de K3Fe(CN)6a los 3mL de FeSO4, 0,1M, se torna de un

color azul oscuro y a la vez se forma un precipitado de color azul intenso.

EXPERIMENTO N4EN ESTE EXPERIMENTO VAMOS A USAR COMO PUENTE SALINO LA ARENA.

A. Con arena sola:

a) Coloque la arena que fue previamente tamizada en un vaso de 250mL (hasta la

mitad).

b) Coloque las tiras de cobre y hierro (electrodos) en el vaso a una distancia de 4 a 5

cm uno del otro.

c) Conecte los extremos de las tiras con los del voltmetro calibrado.

d) Observe la medicin de la lectura con la mayor precisin posible.


Despus de medir el voltaje con el voltmetro de precisin, logramos medir un voltaje de

0.37 V

B. Arena con cloruro de sodio


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Salinizar la arena anterior con una solucin de cloruro de sodio NaCl al 3%, mezcle

bien con la bragueta y repita la operacin de la parte A.


Despus de medir el voltaje con el voltmetro de precisin, logramos medir un voltaje de

0.47 V.

OBSERVACIONES:

Se observa en el experimento 1 como el voltaje va disminuyendo conforme pasa el

tiempo, al reponer una de las semiceldas, y obtener una nueva medida, esta es

menor a la primera medida.

Al agregar la solucin de Na2S al vaso que contiene solucin de Cu (NO3)2 se

observa un cambio de color de celeste a pardo oscuro.

En el experimento 2 se observa el desplazamiento de una coloracin rojiza desde

el nodo hacia al ctodo, al conectarlos a la fuente de corriente.

El proceso es lento.

Se observa el cambio de color de la solucin correspondiente al ctodo al agregarle

fenolftalena (rojo grosella)

En el experimento 3 se observa que el HCl reacciona con el Fe (clavo), una muestra

de ello es la aparicin de burbujas.

CONCLUSIONES

En el experimento 1 se da 2 reacciones redox, en el ctodo se da la reduccin y en

el nodo se da la oxidacin.

Las reacciones son espontaneas y producen energa electrica

Al agregar Na2S se da una disminucin de la concentracin de Cu2+ esto debido a

que el Na2S reacciona con el Cu2+ formando CuS y sodio.

El voltaje obtenido en la parte A es mayor que en la parte C, esto debido a que en

la parte C hay una disminucin de la concentracin de Cu2+, por lo cual las

concentraciones en las semiceldas son diferentes, aplicando la ecuacin de nerst


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se puede decir que hay una variacin respecto a la condicin de la primera parte

(concentraciones iguales), considerada como estndar.

El puente salino es de suma importancia en esta operacin pues cumple muchas

funciones importantes.

En el experimento 2 se da la reaccin redox no espontanea, pues se necesita deenerga elctrica para que suceda.

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