Electrolisis Informe Completo

 ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO  FACULTAD DE CIENCIAS   ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA  LABORATORIO DE CORROSIÓN   ING. GONZALO SÁNCHEZ   INFOMRE N°2  ELECTROLISIS DEL AGUA Y RECUBRIMIENTO METÁLICO

 INTEGRANTES:  MARIÑO MARGOTH  OCAÑA EVELYN   RAMOS EVELYN   ROMERO ELIANA

Efectuar la electrolisis del agua y el recubrimiento metálico a nivel de laboratorio.

  

Mostrar la descomposición del agua en sus elementos. Evidenciar que el agua está formada por un átomo oxígeno y dos de hidrógeno. Obtener un recubrimiento electrolítico de Cu.

La electrólisis es el proceso que separa los elementos de un compuesto por medio de la electricidad. En ella ocurre la captura de electrones por los cationes en el cátodo (reducción) y la liberación de electrones por los aniones en el ánodo (oxidación).

La electrólisis del agua es la descomposición de agua (H2O) en los gases oxígeno (O2) e hidrógeno (H2) por medio de una corriente eléctrica a través del agua. Una fuente de energía eléctrica se conecta a dos electrodos, los cuales son puestos en el agua. En una celda propiamente diseñada, el H2 aparecerá en el cátodo y el O2aparecerá en el ánodo. El volumen de hidrógeno generado es el doble que el de oxígeno, y ambos son proporcionales al total de carga eléctrica que fue enviada por el agua. Sin embargo, en varias celdas las reacciones del lado competidor dominan, resultando en diferentes productos.

Si el agua no es destilada, la electrólisis no sólo separa el oxígeno y el hidrógeno, sino los demás componentes que estén presentes como sales, metales y algunos otros minerales (lo que hace que el agua conduzca la electricidad no es H 2O pura, sino que son los minerales. Si el agua estuviera destilada y fuera 100% pura, no tendría conductividad.) 

Nunca deben unirse los electrodos, ya que la corriente eléctrica no va a conseguir el proceso y la batería se sobrecalentará y quemará.



Debe utilizarse siempre corriente continua (energía de baterías o de adaptadores de corriente), nunca corriente alterna.



La electrólisis debe hacerse de tal manera que los dos gases desprendidos no entren en contacto, de lo contrario producirían una mezcla peligrosamente explosiva (ya que el oxígeno y el hidrógeno resultantes se encuentran en proporción estequiometria).



Una manera de producir agua otra vez, es mediante la exposición a un catalizador. El más común es el calor; otro es el platino en forma de lana fina o polvo. El segundo caso debe hacerse con mucho cuidado, incorporando cantidades pequeñas de hidrógeno en presencia de oxígeno y el catalizador, de manera que el hidrógeno se queme suavemente, produciendo una llama tenue.

El recubrimiento metálico, desde el punto de vista de protección contra la corrosión puede ser: Directa o de Sacrificio. En la protección directa el metal de recubrimiento debe de constituir una capa ininterrumpida, pues si esta se rompe el metal base entra

en contacto con el electrolito; por ella la calidad de este revestimiento es de vital importancia. En laprotección metálica de tipo sacrificio, en cambio, en caso de interrupción o desgaste de la película protectora, esta es la que se convierte en el ánodo del sistema electrolítico y será el que sufrirá las consecuencias de la corrosión. Sin embargo, lo que se persigue con ambos recubrimientos es brindar una protección directa con el metal base.

Para la aplicación de recubrimientos metálicos existen varios métodos que dependen del tipo de metal a recubrir, de las características deseadas en el recubrimiento, del espesor, sin embargo, dentro de los más usuales están el proceso electrolítico de la y de los revestimientos

. Por ejemplo, el

estañado y el galvanizado es muy común usarlos por el segundo método; en cambio el cromado duro, niquelado, plateado, dorado; comúnmente se realizan por medio de la galvanoplastia. Los metales usados para el recubrimiento se pueden dividir en dos grupos: Los metales que presentan un potencial positivo respecto al hierro: Cu, Ni, Sn, Ag, Cr. Los metales que presentan un potencial negativo, por ejemplo Zn, Al.

El proceso de recubrimiento superficial por el método electrolítico se efectúa aplicando corriente eléctrica al metal dentro de una solución. Se usa para proporcionar protección contra la corrosión, minimizar el desgaste y mejorar la presentación de los metales. Cualidades de los materiales para electrodos 

Alta dureza



Baja resistividad



Alta resistencia a la acción química del electrolito



Facilidad de maquinado



Buena conductividad térmica

Un término importante en los recubrimientos electrolíticos es el rendimiento electrolítico, este es definido como el peso de metal efectivamente depositado sobre el cátodo en relación al peso teórico que resulta por aplicación de la ley Faraday. La densidad de corriente expresada en amperios por

o

dm, regula evidentemente el espesor de la capa electrolítica siempre que ello sea posible. El aumento de sales en solución que

o

constituye el electrolito, permite elevar la densidad de corriente. Un electrolito no comprende tan solo la sal del

o

metal que se desea depositar, también incluye otros diversos compuestos en mayor o menor cantidad, la adición de estos tiene como fin aportar mejoras, tales como aumentar la conductividad de la solución, afinar el grano del metal depositado y facilitar la corrosión de ácidos. o

La cantidad de iones hidrógeno activos en una solución ácida es muy importante, ya que un ácido puede hallarse más o menos disociado. Una elevación de la temperatura eleva la conductividad del

o

electoralito y la solubilidad de las sales que intervienen en la composición del misma, de dónde se desprende la posibilidad de concentración más elevada. La agitación impide el empobrecimiento en iones metálicos de la zona

o

catódica, también impide en diferente medida, la adherencia de burbujas gaseosas sobre el cátodo provocando "picaduras en su superficie”.

Consiste en la facultad que tiene el electrolito para

o

repartir con regularidad la capa metálica depositada sobre un objeto de formas complejas.

PARTE 1

Llenamos el voltametro hasta los 3/4 con agua, al cual añadimos algunas gotas de acido sulfurico concentrado para que el agua permita el paso de la corriente.

En

dos tubos de ensayo llene con agua acidulada y volteamos sobre los electrodos(car bones )

Encienda la corriente continua de un rectificador o bateria, entre 9 y 12 voltios.

Una vez que se ha generado los gases en cada uno de los tubos compruebe la presencia de ellos , para lo cual realice pruebas de identificacion en base a las propiedades fisicas y quimicas tanto del oxigeno y del hierro.

Recuerde Ud. tiene que comprobar la relacion de volumenes de los gases obtenidos en los tubos de ensayo , de acuerdo a la teoria indicada anteriormente.

PARTE 2

Llene el recipiente a las 3/4 partes con solución de sulfato de cobre y añada de 5 a 10 gotas de ácido sulfúrico conc.

El metal a recubrir tiene que estar completamente limpio y libre de grasa y lo coloca adjunto o unido al cátodo.

Encienda la corriente continua o el circuito y observe el experimento.

El agua es un líquido constituido por dos sustancias gaseosas: oxígeno e hidrógeno, un volumen de oxigeno por 2 de hidrógeno; su fórmula química es el H 2O. La composición del agua la podemos comprobar efectuando la electrólisis de dicha sustancia. es un conjunto de fenómenos físicos y químicos que ocurre cuando pasa la corriente eléctrica a través de un e lectrolito. Este procedimiento se efectúa diluyendo en el agua, una gota de ácido sulfúrico o hidróxido de sodio, descomponiéndose al paso de la corriente eléctrica depositándose oxígeno en el ánodo e hidrógeno en el cátodo. La descomposición es fácilmente evidenciable ya que se constata en los tubos como el gas va desplazando el agua contenida en el tubo en una proporción de 2:1, según la composición del agua. Además se puede comprobar la descomposición utilizando un palillo en incandescencia y acercándolo al tubo en el cual se depositó el oxígeno para comprobar sus propiedades como comburente.

El test característico para reconocer oxígeno es acercar al tubo donde se está produciendo el gas una pajuela encendida, con llama La llama se avivará al instante.

Se recomienda dejar un rato la reacción transcurrir antes de hacer el test, para permitir que el oxígeno producido desplace al aire que se encuentra en el tubo.

El test característico para reconocer hidrógeno corresponde a acercar al tubo donde se está produciendo este gas un fósforo encendido; al tomar contacto con el hidrógeno ocurre una explosión muy pequeña que apaga la llama del fósforo.

Los elementos metálicos alcalinos del grupo 1 de la Tabla Periódica son todos ellos sólidos que en contacto con el agua provocan la rápida descomposición de ésta para combinarse vigorosamente con el anión (OH) -creando los correspondientes hidróxidos estables y liberando hidrógeno. Dicha reacción es muy exotérmica. Influye en la celeridad o violencia de la reacción, además de la temperatura del agua, el grado de subdivisión del sólido, ya que si el elemento está troceado o particulado, la superficie de contacto con el agua es mucho mayor, acrecentándose entonces la peligrosidad. Li Litio Na Sodio K Potasio Rb Rubidio Cs Cesio

       

       

Los elementos alcalino térreos igual como los alcalinos pero con menor vigorosidad reaccionan exotérmicamente con el agua generando los correspondientes hidróxidos y liberando hidrógeno. Su reactividad se acrecienta al incrementarse su peso atómico aunque el calor liberado por la reacción no es suficiente para iniciar la combustión del gas inflamable. Mg Magnesio Ca Calcio Sr Estroncio Ba Bario

        

La acción del calcio sobre el agua puede ser vigorosa particularmente en presencia de cloruro férrico, cloruro de oro o cloruro de platino.         

Cuando hay exceso de Fe en el agua en su agua potable, se nota "el color salobre, el sedimento oxidado, el sabor amargo o metálico, las manchas marrón-verdes. Cuando el hierro viene en contacto con oxígeno, cambia a un compuesto rojizo que pueda descolorar los accesorios de cuarto de baño y el lavadero. La presencia del hierro en el agua provoca precipitación y coloración no deseada.

Se incluyen en este grupo a los fluoruros, cloruros, bromuros e ioduros. Generan reacciones violentas, liberando sustancias ácidas corrosivas, generalmente los hidrácidos correspondientes. Principales haluros que producen reacciones peligrosas con el agua:

Observamos una coloración rojiza brillante característica del metal (Cu) que recubre la superficie del ánodo en forma de película. Proceso del recubrimiento metálico

La ley de Faraday es la base para poder determinar en forma teórica ciertos efectos que se producen al realizar la electrodeposición. 

DONDE: W = peso del metal depositado I = Corriente generada t = tiempo de exposición E = Equivalente electroquímico

(gr) (Amp) (hrs.) (gr/Amp-hrs)

En este caso se procederá a calcular el tiempo de deposición, manipulando datos de espesor, área, etc., las cuales se determinarán por medio de los ensayos si cumplen con los resultados teóricos. Para conocer el espesor del material depositado, se hace referencia a su peso específico, es decir: 

 

DONDE: W = peso del material depositado (gr) s = superficie a recubrir (dm2) p = peso específico (gr/cm3) e = espesor (micras) Luego se procede a calcular la corriente aplicada: 

DONDE:

  

I = corriente (Amp) i = densidad de corriente (Amp/dm2) AT = Área total (dm2) Tomando el valor de la corriente se añade a la ley de Faraday para determinar el tiempo que dura en depósito de dicho espesor, con una eficiencia que se determine para todo el proceso, en nuestro caso los resultados son los siguientes:

Una vez realizado cada uno de los cálculos se obtiene un tiempo teórico estimado en que se realizará la inmersión del material base en la solución.

La electroquímica, normalmente se la usa para separar elementos metálicos o conductores en formas más puras, o hacer reaccionar ciertos ácidos o bases de formas específicas. Normalmente para separarlos se necesita atraer a cierto polo, lo cual no funcionaría en corriente alterna ya que esta está en constante fluctuación y no tiene un polo constante, por tal motivo se prefiere utilizar corriente continua.

El desengrase es de gran importancia ya que siempre puede quedar adherida una finísima película de grasa, lo que puede generar recubrimientos de poca adherencia e incluso podría llegar a impedir la formación de la película. El estado y tamaño de las piezas es lo que determina el procedimiento a emplear para el desengrasado. Un buen desengrasado evita el arrastre de aceites y grasas a las fases de tratamiento posteriores, facilitando además la valorización de los residuos y subproductos obtenidos. La efectividad en la limpieza y desengrase de metales es vital para todas las industrias en las que el proceso de producción incluye la fabricación o el montaje de piezas metálicas principalmente, las industrias de automoción, aviación, electrodomésticos y metalmecánica.



 

La electrolisis del agua es un proceso mediante el cual se logra su disociación en sus iones constituyentes (aniones y cationes), gracias a la administración de corriente eléctrica; una de sus aplicaciones es la obtención de recubrimientos metálicos. La evidencia clara de la descomposición del agua mediante electrolisis es el burbujeo que se puede observar en cada tubo sumergido en el agua acidulada. El líquido desaparece progresivamente de los tubos conforme marcha la reacción, uno de los tubos contiene más gas que el otro y conociendo que la fórmula del agua esH2O, se concluye que el tubo con más contenido de gas debe ser el del hidrógeno y el que menos el del oxígeno.









El Cobreadose produce por la disolución electroquímica del cobre del ánodo; la emigración de electrones e iones de cobre hacia el cátodo, y el depósito de cobre sobre la superficie del cátodo.

Hay que tener mucho cuidado con las fugas al elaborar el equipo que se va a utilizar para la electrólisis del agua, ya que esto puede acarrear a una pérdida de agua y por consiguiente a la pérdida de gases. Además es importante realizar pruebas al sistema de corriente para saber si el equipo funciona correctamente, y de esta manera asegurar las electrólisis del agua.

ELECTRÓLISIS,

http://www.sepi.upiicsa.ipn.mx/sab/ProcManuf/UMD/Unidad4/Contenido/4.c.htm; 09/17/10. 

ELECTRÓLISIS DEL AGUA,

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3lisis; 11/09/08. 

RECUBRIMIENTOS METÁLICOS,

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3lisis_del_agua; 05/09/09.