Practica 4

Instituto Politécnico Nacional Escuela Nacional De Ciencias Biológicas

Departamento de Biofísica Laboratorio de Fisicoquímica Farmacéutica Carrera: Químico Farmacéutico Industrial Grupo: 4FM2 Equipo: 1 Practica No. 4 “Determinación de ε° y del número de electrones involucrados en la reacción” Profesor: Esther Ivonne Rocian García

Integrantes: Baños Jiménez Miguel Ángel Jiménez Mendoza Evelyn Mejía Castillo Eduardo

Fecha: 11 de Mayo del 2015

Introducción El potencial de electrodo, o potencial reducción de electrodo de un elemento, se representa como Eº, es la diferencia existente entre el potencial que tiene una celda, formada por un electrodo, y un electrodo conocido como, estándar, cuando la actividad llevada a cabo por los iones que participan en el proceso, es de 1 mol/L, a una presión de una atmosfera, y con una temperatura de 25ºC (298.15 ºK). El potencial de electrodo (normal), se suele representar con la letra Eº, midiéndose en voltios (V), siguiendo el Sistema Internacional de Unidades. En una célula electroquímica, se lleva a cabo siempre una reacción de tipo redox, dividida en dos semirreacciones: Semirreacción de oxidación: en la cual se produce una pérdida de electrones, y tiene lugar en el ánodo, siendo éste el electrodo negativo. Semirreacción de reducción: donde se produce una ganancia de electrones, tiene lugar en el cátodo, o electrodo positivo. A causa de la diferencia de potencial entre los electrodos, se genera electricidad. Dicha diferencia se produce como resultado de la diferencia de potencial existente entre los electrodos, con la participación del electrolito, también conocido como disolución, donde los electrodos se encuentran introducidos. De esta manera, el potencial que tendrá la célula será la diferencia entre el potencial del cátodo y el potencial de ánodo. Ecel = E+ - E- = Ecátodo – Eánodo Aplicación Algunos tipos de electrodos de medida se emplean, tanto en las celdas de investigación en general, como en algunos métodos electroquímicos, por ejemplo, la medición electrométrica de pH y las determinaciones potenciométricas. En el mecanismo de los alcoholímetros también aparece la electroquímica, donde un metal se oxida mediante electro deposición y se detecta el nivel de alcohol de los conductores ebrios gracias a la redox del etanol. Los impulsos nerviosos en las neuronas están basados en la energía eléctrica generada por el movimiento de los iones de sodio y potasio hacia dentro y hacia afuera de las células. Ciertas especies de animales, como las anguilas, pueden generar un fuerte potencial eléctrico capaz de incapacitar animales mucho mayores que las mismas. Titulaciones potenciométricas de óxido-reducción (Aplicaciones) a) b) c) d)

Cuantificación de ácido ascórbico (vitamina C) Cuantificación de aminoácidos con azufre (S) en su cadena lateral. Determinación de glucosa y otros azúcares reductores. Análisis de carbono medioambiental y demanda de oxígeno

Ecuación de Nernst A través de la ecuación de Nernst se calcula el potencial de una celda cuando la actividad de los reactivos no es igual a la unidad.

Dónde: “Eo” es el potencial estándar de reducción “R” la constante general de los gases “T” la temperatura “n” el número de electrones transferidos “F” la constante de Faraday “a” las actividades de las distintas especies. Obsérvese que el cociente de reacción (Q) tiene la misma forma que la constante de equilibrio, pero las concentraciones no son necesariamente las mismas que las del equilibrio.

Objetivos  

Determinar experimentalmente el potencial normal ε° de un sistema oxido-reducción. Determinar el número de electrones implicados en la reacción de óxido-reducción

Desarrollo Prepara las siguientes soluciones:   

Ferricianuro Fe3Ferrocianuro Fe4Amortiguador: Ácido acético y acetato de sodio. Fe3+ + e-

Medir el potencial de cada una de las soluciones a diferente concentración Amortiguador Vaso Volumen (mL) 1 2 3 4 5

18 18 18 18 18

Fe2+ Eo = + 0.771 V

Sumar estos potenciales observados el correspondiente al electrodo de calomel (E=268mV)

Ferrocianuro Fe4Volumen M (mL) (moles/L) 2.00 1.82 1.60 1.50 1.00

8.7677x10-5 7.9786x10-5 7.0142x10-5 6.5758x10-5 4.3838x10-5

% Reducció n 100 91 80 75 50

Obtener los potenciales reales de las soluciones

Ferricianuro Fe3Volumen M (mL) (moles/L) 0.00 0.18 0.40 0.50 1.00

0 1.0340x10-5 2.2978x10-5 2.8723x10-5 5.7446x10-5

%Oxidación

0 9 20 25 50

6 7 8 9

18 18 18 18

0.50 0.40 0.18 0.00

2.1919x10-5 1.7535x10-5 7.890910-6 0

25 20 9 0

1.50 1.60 1.82 2.00

8.6170x10-5 9.1914x10-5 1.0455x10-4 1.1489x10-4

75 80 91 100

Resultados Vaso

Ε obs (Mv)

Εreal (Mv)= (Εobs + 268)

Productos Reactantes

1 2 3 4 5 6 7 8 9

36 125 159 177 193 217 234 251 338

304 393 427 445 461 485 502 519 606

0 0.1295 0.3275 0.4367 0.8735 3.9312 5.2417 13.2494 0

log

Productos Reactantes 0 -0.8874 -0.4846 -0.3597 -0.0586 0.5945 0.7194 1.1221 0

Potencial 600 500 400 393 300 200 100 0

Potencial real

427

445

461

Logaritmo de Keq

Cálculos para determinar

=

εo −

[Productos ] 0.05091 log n [ Reactivos]

ε o =¿

ε+

[ Productos] 0.05091 log n [ Reactivos ]

ε

o

ε =0.461 V +

0.05091 log1 1

o

ε =0.461 V + 0 ε o =0.461 V

Valor teórico ε

o

= 0.41 V

485

502

519

Se puede observar que el valor teórico con respecto al valor practico es un parecido con 0.051 de diferencia esto puede ser que no se prepararon las soluciones de manera adecuada o se hayan medido mal los volúmenes.

Análisis de Datos Discusión Conclusiones El número de electrones involucrados en el sistema de Fierro (Fe 3+/Fe2+ ) es de 1 eExiste una relación lineal entre las variables POTENCIAL (E) en volts y LnQ en ambos sistemas. El potencial normal (Ԑ0) experimental para el sistema de fierro (Fe3+/Fe2+ ) es de 0.461 V

Bibliografía Cuestionario 1. Con los resultados obtenidos se pueden elaborar dos tipos de gráficas. En el primer tipo se presentan en las abscisas las concentraciones molares de la forma oxidada y en las ordenadas las potenciales reales e. 0.56 0.55 0.54 0.53

E (V)

0.52 0.51 0.5 0.49 8.2

8.4

8.6

8.8

9

9.2

9.4

concentracion molar (sistema fierro)

9.6

9.8

¿Qué tipo de curva se obtiene? Sistema Fierro: Sigmoidea ¿A qué corresponde el punto de inflexión de la curva? Punto donde el potencial comienza a aumentar más rápidamente con respecto a la concentración

2.- ¿Es posible obtener con esta grafica el número de electrones que se transfieren en la reacción? No, debido a que la recta no es completamente lineal o no existe una tendencia lineal. 3.- En el segundo tipo de grafica se representan los valores de log

Productos Reactantes

en las

abscisas y los potenciales en las ordenadas (ecuación de Nernst en base diez). 0.53 0.51 0.49 0.47 0.45

Potencial real

0.43 0.41 0.39 0.37 0.35 -1

-0.5

0

0.5

Logaritmo de Keq

4- ¿Qué tipo de grafica se obtiene? Lineal 5.- ¿Qué representa la ordenada al origen?

1

1.5

Potencial normal determinado experimentalmente (volts)

6.- ¿Cuál es el valor de la pendiente? Sistema Fierro: 0.07240

7.- ¿Qué significado tiene? Variación de los potenciales según el incremento de sus concentraciones molares (en log)

8.- ¿Cuantos electrones están involucrados en el sistema Ferrocianuro/Ferricianuro? −¿ ¿ n=1.33≈ 1 e

9.- ¿Cuáles son los valores reportados en la literatura? Este sistema es de aplicación constante por su elevado potencial oxidante y por su inocuidad, la reacción redox que lleva acabo involucra un solo electrón.

10.- ¿Porque es indispensable especificar el pH al reportar el potencial normal redox? Es indispensable porque se produce la precipitación de alguno de los iones del sistema cambiando la relación de concentraciones 11.- ¿tiene el pH efecto sobre el potencial de todos los sistemas redox ? Para el sistema Fe2+/Fe3+ es un medio suficientemente acido por lo cual el pH no influye. Sin embargo, si la acidez disminuye, puede empezar a producir precipitación y empezara a influir el pH. Referencias. Mongay C.”Quimiometría”, Ed.PUV, Valencia, España, pp.293-295 (2005) Castellan G. “Fisicoquímica”. Segunda edición, 1998. Ed. Addison Wesley Iberoamericana. México. Pp. 376380 http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/FUERZAELECTROMOTRIZYPOTENCIALESTANDAR_22644.pdf http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/079/htm/sec_5.htm http://www4.ujaen.es/~mjayora/docencia_archivos/bases%20quimicas/TEMA%2013.pdf