1.- RESUMEN
En el informe siguiente determinaremos la diferencia de potencial existente entre una celda galvánica constituida de soluciones de CuSO4 y ZnSO4 (pila de Daniells) a 1 M concentración, y a una temperatura de 25° C. Esta medida de potencial la calcularemos experimentalmente usando un multímetro y electrodos de Zinc y Cobre (láminas delgadas)
En esta primera parte de la experiencia preparamos soluciones de CuSO4 a 1M y ZnSO4 1M.). Al medir el potencial con el multímetro arrojo el siguiente resultado experimental: 1,08v.
2.- OBJETIVOS
· Construir una pila Daniel y medir su fuerza electromotriz.
· Demostrar con sencillo ejemplo la fabricación de una batería casera.
3.- INTRODUCCIÓN
Las baterías o pilas como comúnmente se les conoce, tiene más de 200 años de existencia, desde su primer modelo primitivo hasta lo modernos productos que existen en la actualidad, como pilas alcalinas, pilas recargables, etc.
Las baterías no han perdido vigencia tecnológica por el contrario, cada día se perfecciona, ya en la actualidad se habla de sistemas híbridos, de motores de combustión con sistemas de baterías, que pronto serán una realidad en nuestras calles.
Este experimento tiene como propósito ilustrar o sencillo que es una batería, una simple reacción química que produce energía. Pero a su vez dar luces que si la crisis energética se agudiza, pronto deberemos buscar fuentes de energía alternas para no depender del combustible fósil (petróleo)
Una batería es un dispositivo electroquímico el cual almacena energía en forma química. Cuando se conecta a un circuito eléctrico, la energía química se transforma en energía eléctrica. Todas las baterías son similares en su construcción y están compuestas por un número de celdas electroquímicas. Cada una de estas celdas está compuesta de un electrodo positivo y otro negativo además de un separador. Cuando la batería se está descargando un cambio electroquímico se está produciendo entre los diferentes materiales en los dos electrodos. Los electrones son transportados entre el electrodo positivo y negativo vía un circuito externo (bombillas, motores de arranque etc.)
Lamentablemente como todo lo que es producido por el hombre, tiene residuos contaminantes, los ácidos y materiales pesados contaminan el ambiente.
4.- FUNDAMENTO TEÓRICO
Una pila es un dispositivo capaz de producir energía eléctrica a partir de energía química. Realiza el proceso inverso a la electrólisis.
La pila requiere que se produzcan dos reacciones, una de oxidación en la que se liberen electrones, y otra de reducción en electrodos distintos, de modo que entre ambos se establezca un flujo de electrones.
Para que el sistema funcione espontáneamente es necesario que la función de Gibbs global sea negativa. Al sistema como se ha dicho antes se le llama célula o pila galvánica y al conjunto de cada electrodo con su disolución asociada, semipila o semicelda.
CONVENIOS
A cada electrodo se le asigna un potencial normal o estándar correspondiente al de reacción de reducción.
CONVENIOS
A cada electrodo se le asigna un potencial normal o estándar correspondiente al de reacción de reducción.
Por ejemplo:
Zn2+ + 2e- ↔ Zn Eº = -0,763 V
El potencial normal corresponde a una pila en la que el otro electrodo fuera de hidrógeno, que se toma como patrón.
El conjunto de la célula se escribe de modo que la reacción sea espontánea de izquierda a derecha. Las fases se separan con una barra vertical y las células con una doble barra.
Zn | Zn2+ | | Cu2+ | Cu correspondería a la reacción global
Zn + Cu2+ ↔ Zn2+ + Cu
El potencial se calcula mediante la ecuación de Nerst (1889):
Donde Eº es el potencial normal, n el número de electrones que se intercambian en la reacción, log significa logaritmo decimal y Red y Ox las concentraciones de la forma reducida y oxidada.
Escrita la ecuación para todo el proceso
Donde el subíndice d indica electrodo de la derecha e i el de la izquierda.
Convencionalmente se escribe la ecuación de modo que el electrodo que se reduce (cátodo), se escribe a la derecha. En este caso, el cátodo corresponde al electrodo positivo
En las reacciones redox hay transferencia de electrones del reductor al oxidante. Estos electrones, en lugar de pasar directamente de uno al otro, darán lugar a la obtención de corriente eléctrica al pasar por un circuito exterior.
Para realizar una pila el oxidante y el reductor deben estar en recipientes distintos, y conectados por un hilo conductor exterior; la transferencia de electrones tendrá lugar a través del conductor.
La pila Daniell que formaremos se puede expresar de este modo: Zn/Zn2+//Cu2+/C
5.- PRODEDIMIENTO EXPERIMENTAL
MATERIAL
- Celdas
- Puente salino
- Electrodos de cinc y cobre.
- Multitester
- Dos pinzas con cables y cocodrilos
- Balanza
REACTIVOS
- Disoluciones
- Sulfato de cobre 1 M
- Sulfato de cinc 1M
- Sulfato de sodio
PROCEDIMIENTOS
· Colocar en una de celdas disolución de CuSO4 e introducir en ella el electrodo de Cu [lámina de Cu].
· Colocar en la otra celda disolución de ZnSO4 e introducir en ella el electrodo de Zn [lámina de Zn].
Se debe preparar el puente salino:
· Tomar el tubo de vidrio en forma de U y llenarlo con la disolución de KNO3.
· Utilizar cada trocito de algodón mojado en la disolución de KNO3 para cerrar los dos extremos del tubo e intentar que no queden burbujas de aire en el interior del tubo.
[Nota: Para rellenar el tubo en U muchas veces se suelen utilizar disoluciones concentradas de KCl o NH4NO3]
Para nuestro experimento utilizamos un pedazo de papel filtro empapado de sulfato de sodio.
· Realizar el montaje de la figura:
Después de colocar el puente salino entre las dos disoluciones, conectar los dos electrodos a los bornes del voltímetro mediante alambres de conexión.
Medir en la escala del voltímetro la fuerza electromotriz de la pila eléctrica utilizada. Fuerza electromotriz de la pila.
Podemos comprobar que hemos formado una pila al conectar los electrodos con una bombilla.
Aviso: Es conveniente que los electrodos, recipientes y puente salino estén muy limpios para realizar bien la medida de la fuerza electromotriz de la pila.
6.- RESULTADOS
En la escala del voltímetro la fuerza electromotriz de la pila eléctrica utilizada fue de =1.08
Cuando se conectó el multímetro en serie con cada celda galvánica y se cerró el circuito, el instrumento sufrió una deflexión que indica que la corriente pasa por el circuito, y este paso es una evidencia de que existe una diferencia de potencial entre los electrodos.
8.- CONCLUSIONES
La celda galvánica está basada en la oxidación - reducción donde se produce un cambio en los #s de oxidación de las sustancias. Los electrones tienen que fluir por el circuito externo desde el electrodo negativo al positivo. En el electrodo negativo tiene lugar la oxidación y la reducción se verifica en el electrodo positivo. Al sumar las reacciones de oxid. Y red. Resulta la celda.
Si las soluciones son diluidas, entonces se puede reemplazar en la Ec. Nernst las concentraciones por la actividad, por lo que se tiene que la diferencia entre actividad y molaridad es mínima.
El uso del puente salino es importante pues concentra a las dos soluciones, evita su mezcla además que elimina completamente el potencial de unión y que la fem medida es simplemente la suma de los dos potenciales electródicos.
La diferencia de potencial varía con la concentración, es decir mientras más diluida es la solución, el potencial decrecerá
La masa desprendida en un electrodo de una solución es proporcional a la cantidad de electricidad que está pasando
9.- RECOMENDACIONES
Cuando se prepara las soluciones se debe tener cuidado de hacerlo en recipientes bien limpios, pues el potencial varía con la concentración.
10.- BIBLIOGRAFIA
Apuntes.
Información de internet.
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