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Informe 1. Electroquimica, Guías, Proyectos, Investigaciones de Electroquímica

Practica 1 con la formacion de dos celdas galvanicas

Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones

2022/2023

Subido el 26/08/2023

paula-moreno-97
paula-moreno-97 🇨🇴

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bg1
Propiedades termodinámicas en electroquímica
Moreno, Paula; Arenas, Michel; Pinzón, Santiago
Resumen
El presente reporte de laboratorio tiene por objeto dar a conocer los resultados experimentales de
FEM (V) para lo datos registrados en intervalos de 5°C (De 5°C a 50°C) para una celda galvánica
construida con Sulfato de Zinc y Sulfato de Cobre, acentuando los resultados obtenidos de ΔH,
ΔS y ΔG de una celda en función de la FEM y de (𝑑𝐸
𝑑𝑇)𝑃. Adicionalmente, Se dejan en evidencia
los resultados de la gráfica E vs. T ajustados mediante una ecuación polinómica de grado 2, la
derivada de la ecuación polinómica con respecto a la temperatura y, finalmente, su respectiva
comparación de los resultados experimentales en condiciones estándar con los reportados en la
literatura.
Resultados
Los datos reportados se obtienen mediante la elaboración de una celda galvánica conformada por
soluciones de ZnSO4 y CuSO4 unidas mediante un puente salino que contenía KCl, este
procedimiento se realizó en vasos de precipitado, mediante este montaje y los reportes de
literatura de voltaje de cada una de las reacciones se pudo determinar que quien presentaba una
oxidación (ánodo) era la lámina de zinc, mientras que, la reacción de reducción (cátodo) se llevaba
a cabo en la lámina de cobre.
Semirreacciones
Oxidación
𝑍𝑛 𝑍𝑛2+ + 2𝑒
V= - 0.76
Reducción
𝐶𝑢2+ 𝐶𝑢 + 2𝑒
V=0.34
Datos
En la tabla 1 se dan a conocer los resultados experimentales de T (°C) y FEM (V) obtenidos con
ayuda de la plancha y el voltímetro:
Tabla 1. Datos experimentales registrados.
T (°C)
FEM (V)
5
1.074
10
1.069
15
1.069
20
1.065
25
1.062
30
1.058
35
1.054
pf3
pf4
pf5

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Propiedades termodinámicas en electroquímica

Moreno, Paula; Arenas, Michel; Pinzón, Santiago

Resumen El presente reporte de laboratorio tiene por objeto dar a conocer los resultados experimentales de FEM (V) para lo datos registrados en intervalos de 5°C (De 5°C a 50°C) para una celda galvánica construida con Sulfato de Zinc y Sulfato de Cobre, acentuando los resultados obtenidos de ΔH, ΔS y ΔG de una celda en función de la FEM y de ( 𝑑𝐸 𝑑𝑇)𝑃. Adicionalmente,^ Se^ dejan en evidencia los resultados de la gráfica E vs. T ajustados mediante una ecuación polinómica de grado 2, la derivada de la ecuación polinómica con respecto a la temperatura y, finalmente, su respectiva comparación de los resultados experimentales en condiciones estándar con los reportados en la literatura. Resultados Los datos reportados se obtienen mediante la elaboración de una celda galvánica conformada por soluciones de ZnSO4 y CuSO4 unidas mediante un puente salino que contenía KCl, este procedimiento se realizó en vasos de precipitado, mediante este montaje y los reportes de literatura de voltaje de cada una de las reacciones se pudo determinar que quien presentaba una oxidación (ánodo) era la lámina de zinc, mientras que, la reacción de reducción (cátodo) se llevaba a cabo en la lámina de cobre. Semirreacciones Oxidación 𝑍𝑛 → 𝑍𝑛^2 +^ + 2 𝑒− V= - 0. Reducción 𝐶𝑢^2 +^ → 𝐶𝑢 + 2 𝑒− V=0. Datos En la tabla 1 se dan a conocer los resultados experimentales de T (°C) y FEM (V) obtenidos con ayuda de la plancha y el voltímetro: Tabla 1. Datos experimentales registrados. T (°C) FEM (V) 5 1. 10 1. 15 1. 20 1. 25 1. 30 1. 35 1.

Fuente: Elaboración propia. Realizando el gráfico con ajuste polinómico de grado 2 entre FEM (V) y T (°C) se obtiene la gráfica 1: Gráfica 1. Ajuste polinómico de grado 2 de FEM vs T. Fuente: Elaboración propia. Sin embargo, en la tabla 2 se dejan en evidencia los cálculos requeridos en la guía de laboratorio: Tabla 2. Datos experimentales y cálculos. T (°C)

FEM

(V)

(∂T/∂E)

p

ΔG Δ H Δ S

Fuente: Elaboración propia. A continuación, se muestra la gráfica correspondiente al comportamiento de la energía libre de Gibbs vs la temperatura: y = - 4E-06x^2 - 0,0005x + 1, R² = 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0 10 20 30 40 50 60 FEM [V] T [°C]

E vs. T (Celda electroquímica)

  • Electroquímica Industrial: La ingeniería química utiliza la electroquímica en una serie de procesos industriales. Un ejemplo es la electrolisis, donde se utiliza electricidad para descomponer sustancias en sus componentes básicos o para depositar metales en superficies, como la galvanoplastia.
  • Electroquímica Ambiental: La electroquímica puede ser útil para tratar y eliminar contaminantes en aguas residuales y en suelos. Los procesos electroquímicos como la electrocoagulación y la electrooxidación pueden degradar compuestos orgánicos y eliminar metales pesados.
  • Celdas de Combustible: Las celdas de combustible son dispositivos electroquímicos que convierten la energía química en energía eléctrica. Son relevantes en la ingeniería química ya que se utilizan para generar electricidad a partir de reacciones redox, como la reacción entre hidrógeno y oxígeno.
  • Electrodeposición y Electrorecubrimiento: En la fabricación y el recubrimiento de productos, la electrodeposición se utiliza para depositar metales y otros materiales en sustratos. Esto puede mejorar la resistencia a la corrosión, la conductividad eléctrica y la apariencia de los productos.
  • Sensores y Biosensores: La electroquímica se aplica en la creación de sensores y biosensores para medir concentraciones de sustancias químicas en diversos entornos, como la detección de glucosa en la sangre o la monitorización de la calidad del agua.
  • Procesos de Electrosíntesis : La ingeniería química puede utilizar la electroquímica para llevar a cabo reacciones químicas específicas de manera más eficiente y selectiva. Esto es particularmente útil en la síntesis de productos químicos y materiales de alto valor agregado. En resumen, la electroquímica es una herramienta poderosa en la ingeniería química que permite desarrollar procesos más eficientes, aplicaciones novedosas y soluciones sostenibles en una amplia gama de áreas. (Bard, 2021). Una vez realizada la práctica y teniendo los cálculos pertinentes correspondientes a la celda galvánica se evidencia que se obtiene energía eléctrica mediante una reacción de oxido reducción (Redox), mediante los valores obtenidos para la energía libre de Gibbs (ΔG) como se evidencia en la tabla 1. Así mismo, es correcto afirmar que el valor máximo de voltaje medido experimentalmente es la cantidad de energía eléctrica que se puede generar en la reacción. (Tovar, 2013). Para la gráfica 1 en donde es posible ver la comparación de la temperatura y el FEM (V), se denota que a medida que la temperatura aumenta, la tendencia de los voltios es a disminuir su valor, pero se manejan dentro de un rango positivo por lo que se espera que sea una reacción espontanea en donde la energía de Gibss deberá ser negativa. (PUC, 2011). Siendo la energía de Gibbs una función de estado definida como: G=H-TS, se tiene en cuenta que uno de los efectos es que al aumento de temperatura la energía libre de Gibbs aumentará dependerá según la entropía de la reacción, si el valor de la entropía resulta negativo, entonces el valor de - T ∆ S será cada vez más negativo. Al aumentar la temperatura, el valor de la energía se vuelve cada vez más pequeño. Así mismo se cumple que dado que el Heltz resulta ser mayor que cero al mismo tiempo que la entropía, entonces hay una reacción espontanea que se da a altas temperaturas. (Rivera, 2013).

Así mismo, en una celda electroquímica, la energía libre de Gibbs y la entalpía están relacionadas a través de la ecuación de la energía libre de Gibbs para celdas electroquímicas. Esta tal como se detalla en la investigación de celdas galvánica de cobre y zinc realiza por parte de la universidad del Valle en 2013 muestra que la relación es crucial para determinar la espontaneidad de las reacciones redox en una celda y para comprender cómo los cambios en el potencial eléctrico y la energía interna influyen en la dirección de la reacción. Tal como se evidencia en la tabla 2, se observa que conforme disminuye la energía libre de Gibbs se presenta un aumento en la entalpía (H). (Universidad del Valle, 2013). Finalmente, en la vida del ingeniero químico, Las celdas electroquímicas son importantes debido a su capacidad para convertir reacciones químicas en energía eléctrica y viceversa. Estas celdas permiten una variedad de aplicaciones cruciales en campos como la generación de energía, la electrónica, la industria, la investigación y más. Conclusiones

  • La celda galvánica construida de cobre y zinc es un ejemplo de cómo se puede utilizar una reacción química espontánea para generar energía eléctrica. La diferencia en los potenciales de reducción de los dos metales impulsa la reacción y crea una corriente eléctrica.
  • En el ánodo (zinc), los átomos de zinc se oxidan y pierden electrones, formando iones zinc. Estos electrones fluyen a través del circuito externo hacia el cátodo (cobre), donde los iones cobre se reducen al depositarse en el cátodo.
  • Termodinámicamente hablando, la diferencia en los potenciales de reducción de los metales influye en la dirección en que ocurre la reacción y está relacionada con la energía libre de Gibbs y la entalpía del sistema.
  • La construcción de celdas electroquímicas es de gran importancia en la vida del ingeniero químico dado que permiten una variedad de aplicaciones cruciales en campos como la generación de energía, la electrónica, la industria, la investigación, entre otras. Bibliografía
  • http://www.edu.xunta.gal/centros/iesastelleiras/?q=system/files/termoquimica%28II %29.pdf
  • Lower S (n.f) “Energía libre y función de Gibbs” Disponible en: https://espanol.libretexts.org/Quimica/Qu%C3%ADmica_General/Libro%3A_Chem1_(I nferior)/15%3A_Termodin%C3%A1mica_de_Equilibrios_Qu%C3%ADmicos/15.04%3A_ Energ%C3%ADa_Libre_y_la_Funci%C3%B3n_Gibbs#:~:text=Gibbs%20Energy%20es% 0una%20funci%C3%B3n,a%20una%20disminuci%C3%B3n%20deG.
  • Rivera, 2013. Propiedades termodinámicas de una celda electroquímica. Obtenido de: Universidad Nacional Autónoma de México. https://es.slideshare.net/clay245/informe- propiedades-term-de-una-celda
  • Reacciones de transferencia de electrones. https://www.juntadeandalucia.es/averroes/centros- tic/14006217/helvia/aula/archivos/repositorio/0/34/html/quimica2temas/TEMA6Equilib rios%20Redox.pdf
  • Tovar, 2013. Celda galvánica de cobre y zinc. Obtenida de: Universidad del Valle https://es.slideshare.net/sebastiantovarmolina/celda-galvanica
  • Introduction to galvanic cells and voltaic cells. 2018. https://www.youtube.com/watch?v=9blB-uMTIAM