Termodinámica de una celda galvánica

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE QUÍMICA

Laboratorio de Electroquímica ACADEMIA DE QUÍMICA Nombre de la práctica: IV.8 Termodinámica de una celda galvánica Práctica

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8 Realizó: Camacho Pineda Luis Fernando Lobato Machuca Carlos Eduardo López Gachuzo Alexia Joana Reséndiz Quirino Yurenny Anayetzi

Revisó: Mtra. Eustolia Muñoz Rodríguez

Revisó: Mtra. Eustolia Muñoz Rodríguez

Fecha: Viernes 7 de octubre de 2016

Fecha: 07/10/2016

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Contenido I. CONOCIMIENTOS PREVIOS II. OBJETIVO III. PROCEDIMIENTO IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN V. CONCLUSIONES VI. BIBLIOGRAFÍA

I.

CONOCIMIENTOS PREVIOS.

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Consultar en la literatura los valores para la fem estándar de las medias reacciones de la celda galvánica con la que se pretende trabajar. Cátodo Fe(CN)-+e--→Fe(CN)……-E°=0.36V Ánodo AgCl+ e- -→Ag+ClE°=0.22 V Bockris John, Reddy K.N. Amulaya. Electroquímica Moderna: Volumen II. Calcular la fem a las temperaturas que se trabajaran en esta práctica para la reacción completa, con cada una de las siguientes concentraciones: 0.01, 0.05, 0.075 y 0.1 molar de cloruro de sodio asumiendo que los coeficientes de actividad son uno. Cada equipo deberá traer sus propios cálculos el día de la práctica.

E celda (V)

E celda (V)

E celda (V)

E celda (V)

Temperatura K

0.01 M

0.05 M

0.075 M

0.1 M

273

0.0910

0.1073

0.1115

0.1145

283

0.0893

0.1062

0.1106

0.1136

293

0.0875

0.1051

0.1096

0.1128

298

0.0867

0.1045

0.1091

0.1123

303

0.0857

0.1040

0.1086

0.1119

313

0.0841

0.1029

0.1077

0.1110

323

0.0824

0.1017

0.1067

0.1102

Investigar la relación de la termodinámica con una celda galvánica: su

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relación con la energía libre de Gibbs, la entalpía y la entropía. ∆G=∆H-T∆S ∆G0 puesto que se trata de una celda galvánica ∆S tiende a incrementarse ∆H es negativo C.L. Mantell. Ingeniería Electroquímica: Información Exhaustiva de la Teoría y Práctica de los Procesos Electroquímicos Industriales de sus Aplicaciones y Productos. Investigar que es el coeficiente de temperatura en una celda galvánica. Efecto de Temperatura Ordenando la ecuación de Gibbs- Helmholtz, el efecto de temperatura sobre la fem reversible se expresa como: -nFE = ΔH – T[∂(nFE)/∂T ]p Puesto que el término [∂(nFE)/∂T ]p es la derivada del cambio de energía libre con respecto a la temperatura a una presión constante, entonces esto es igual a ΔS. De esta manera, T[∂(nFE)/∂T ]p = T ΔS = - Q Donde Q representa la cantidad de calor involucrado en la reacción global de la pila galvánica. C.L. Mantell. Ingeniería Electroquímica: Información Exhaustiva de la Teoría y Práctica de los Procesos Electroquímicos Industriales de sus Aplicaciones y Productos. II.

OBJETIVOS

1. Determinar las características termodinámicas de una celda galvánica 2. Medir experimentalmente la fuerza electromotriz de una celda galvánica como una función de la concentración del ión cloruro y la temperatura. III.

PROCEDIMIENTO

Antes de armar la celda galvánica como tal se preparó un puente salino. Se preparó una solución 1 M de KNO3 y 2.5 g de agar bacteriológico, se calentó hasta su completa

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disolución e inmediatamente se vertió en un tubo de vidrio en “U”; el tubo se sumergió en agua helada para acelerar la solidificación. La celda galvánica se armó con una media celda que estaba compuesta por 10mLdesoluciónde ferrocianurodepotasio0.1My10mLde ferricianuro de potasio 0.1 M junto con un electrodo de platino (la cual permaneció así durante todo el experimento),y otra media celda con 20mLde NaCl0.05 M(cada equipo trabajó con concentraciones distintas) y un electrodo de Ag/AgCl. Una vez armada la celda, ésta se conectó a un voltímetro. El vaso de precipitado que contenía la solución de NaCl fue sumergido en un baño maría el cual gradualmente varió su temperatura ( 273, 283, 293, 298, 303, 313 y 323 K). Se registraron los voltajes que presentaba la celda a cada una de las temperaturas.

IV.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Figura 1. Celda galvánica, izquierda solución de ferricianuro y ferrocianuro y derecha solución de NaCl 0.05M. Hasta el momento, hemos podido calcular el E 0(celda), haciendo uso de los potenciales estándar de reducción a 25°C, lo que quiere decir que hemos encontrado el potencial de celda, pero a condiciones estándar.

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Los estudios realizados sobre celdas galvánicas, han revelado que hay una dependencia entre la concentración de reactivos y productos en la relación de la celda y la fem. Cuando la concentración de los reactivos aumenta, la fem también lo hace, cuando la concentración de los productos aumenta la fem disminuye. E (V) Temperatura, K

Concentración, M 0.05

273

Según los datos que obtener una gráfica

(realmente 2 °C)

283 293 298 303 313 323

0.153 0.137 0.131 0.128 0.125 0.120 -

obtuvimos podemos de potencial contra

temperatura.

E, v

Temperatura, K Gráfico 1. Representación de potencial eléctrico contra la temperatura, agregando línea de tendencia

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Ahora que tenemos estos datos, es conveniente que hagamos una regresión lineal para poder calcular los parámetros termodinámicos correspondientes guiándonos de la siguiente ecuación. El coeficiente de correlación para estos datos resulto ser de -0.9655, por lo que tenemos un comportamiento lineal, dentro de la regla. Por lo que es coeficiente δE/δT= -7.85E-4 V/K, con esta información podemos calcular las propiedades termodinámicas de este proceso. Utilizaremos las siguientes ecuaciones: G = - n*F*E

(1)

S = n*F* ( E/T)P

(2)

H = - n*F E - T * ( E / T)P 

(3)

Por lo que para cada uno de los datos obtenidos recalcaremos los resultados en la siguiente tabla. T, K

E, V

G,

δE/δT, V/Kx10

-4

J/mol S, J/molK

3

H, 3

x10

x10

273

0.153

44.3

106.33

283

0.137

39.6

103.97

293

0.131

37.9 -7.85

104.51 -227.25

298

0.128

37.0

104.77

303

0.125

36.2

105.04

313

0.120

34.7

105.87

J/mol

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La fem producida un una celda electroquímica, aun cuando no se le suministra energía es causada por el transporte de iones en la media celda de la solución al electrodo o del electrodo a la solución. La reversibilidad termodinámica se refiere a que el proceso termodinámico que se lleve a cabo, pueda regresar en determinado momento y bajo las condiciones adecuadas, a las características principales. Todo sistema en el cual se genera un proceso, tiene propiedades termodinámicas calculables. Dependiendo de la forma en que el proceso se lleve a cabo, existirá o no la reversibilidad termodinámica. Es muy poco probable que en caso de que exista esta reversibilidad, se realice en un 100%.

V. 

CONCLUSIONES

Se determinaron las características termodinámicas de la celda galvánica de NaCl a distintas concentraciones, calculando la energía libre de Gibbs. Se midió la fuerza electromotriz de la celda galvánica en función de la concentración de cloruros(0.01y0.075M) y la temperatura en °K. VI.

BIBLIOGRAFÍA

Bockris John, Reddy K.N. Amulaya. Electroquímica Moderna: Volumen II.

C.L. Mantell. Ingeniería Electroquímica: Información Exhaustiva de la Teoría y Práctica de los Procesos Electroquímicos Industriales de sus Aplicaciones y Productos.