ELECTRODOS DE REFERENCIA Y DESARROLLO DE UNA SERIE ELECTROMOTRIZ

ELECTRODOS DE REFERENCIA Y DESARROLLO DE UNA SERIE ELECTROMOTRIZ

Burgos, Melissa. Cárdenas, Venus. Ramírez, Elein.

Escuela de ingeniería de Materiales, Universidad del Valle, Cali, Colombia

30 de Septiembre 2013

RESUMEN

En la practica de laboratorio se realizó un montaje donde se desarrolló un electrodo de referencia, cobre/sulfato de cobre, el cual se calibró respecto a un electrodo patron de plata/cloruro de plata. Usando el montaje, acompañado de un multímetro se determinó el potencial de diferentes metales y se elaboró una tabla de serie electromotriz con relación al electrodo de referencia. Los datos obtenidos de potencial (E), fueron: Plomo: 0,600V, Aluminio: 0,948V, Acero al carbono: 0,631V, Cobre: 0,232V

MARCO TEÓRICO

ELECTRODOS DE REFERENCIA

Los procesos dados en interfase metal-solución de cualquier metal en contacto con un electrolito, no se pueden medir de una manera absoluta. El metal en contacto con el electrolito tiene, por un lado, tendencia a disolverse, con lo que queda cargado negativamente.

Me→ 〖Me〗^(n+) + ne^-

Y, por otro lado, a que iones del electrolito se depositen sobre el metal:

〖Me〗^(n+) + ne^-→ Me

Con lo que se alcanza el equilibrio en un determinado momento:

Me↔〖Me〗^(n+) + ne^-

Con lo cual se genera una diferencia de potencial entre el metal y el electrolito. Para poder medir esta diferencia de potencial se adoptó un electrodo de referencia tiene la función de proporcionar un potencial de referencia constante. Cada electrodo de referencia consta de un elemento de referencia que está colocado en una solución electrolítica definida. Este electrolito debe tener contacto con el medio a medir. [1]

Los electrodos de referencia miden el mismo potencial cualquiera que sea la naturaleza de la disolución en que se introduzcan y por tanto dan una referencia a la medida del electrodo indicador. Están constituidos por un conductor metálico en contacto con una sal poco soluble de su metal, y una disolución de composición constante y alta concentración llamado electrolito de referencia. [2]

El electrodo de referencia universal es el electrodo de hidrógeno que por convención y a cualquier temperatura, se le asignó el valor cero. Tomando como referencia el electrodo de hidrógeno, el potencial de un metal cualquiera sumergido en una solución de sus iones de actividad igual a la unidad, corresponde a la fuerza electromotriz de una pila, en la cual el semi elemento metal/solución actúa como polo positivo, o sea de cátodo, y el electrodo de H2 como polo negativo, o ánodo, según la convención propuesta por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), universalmente aceptada. Sin embargo, dadas las dificultades que se presentan en el uso de cualquier electrodo de gas, es necesario el empleo de electrodos de referencia de otros tipos. Una de las características principales que debe presentar un electrodo de referencia, es que sea no polarizable, es decir, que su potencial no se vea alterado como consecuencia de los cambios en la interfase, debido al paso de una corriente apreciable, debe ser manipulable, de una fácil construcción y proporcionar potenciales reproducibles. [3]

Los electrodos que satisfacen estos requisitos son el electrodo cobre- sulfato de cobre, plata-Cloruro de Plata y Calomel que por cuestiones medioambientales ya no se fabricado (ISO-9001). Estos electrodos son los más utilizados comúnmente.

Electrodo de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl)

Está formado por un hilo de Ag sobre el cual se deposita AgCl, generalmente por vía electroquímica, en una solución de NaCl o KCl, en la cual el hilo de Ag actúa como ánodo, como se muestra en la figura1.

Figura 1. Electrodo de referencia Plata /cloruro de plata (Ag/AgCl)

La media reacción es la siguiente:

AgCl +e^-↔Ag+ 〖Cl〗^-

Y su potencial de equilibrio a 25°C es:

E=0.2224-0.059 log[〖Cl〗^- ]

En agua de mar, el valor del potencial es aproximadamente de +0.25 V respecto al electrodo normal de hidrógeno (ENH) a 25°C. El potencial del electrodo depende muy especialmente de la salinidad de la solución en la cual el electrodo está sumergido.

Electrodo de cobre/sulfato de cobre (Cu/CuSO4)

Está formado por una barra cilíndrica de Cu sumergida en una solución de CuSO4 saturada. El contacto electrolítico con la solución o suelo se realiza mediante un puente salino constituido por un tapón de madera de balsa. En la figura 2 se ilustra este tipo de electrodo.

Figura 2. Electrodo de referencia Cobre/ sulfato de cobre, Cu/CuSO4.

Cu↔〖Cu〗^(2+) + 2e^-

Su potencial de equilibrio a 25 °C viene dado por:

E = 0.340 + 0.0295 log [〖Cu〗^(2+)] V vs.ENH.

Con la solución saturada de CuSO4, se tiene E = + 0.318 V vs. ENH, pero para uso práctico se considera un valor de 0.30 V. Este tipo de electrodo puede utilizarse en cualquier ambiente, sea en el suelo o agua de mar, aguas dulces o saladas. Entre otras ventajas, presenta la sencillez de su preparación y su gran estabilidad. Cuando se utiliza en agua de mar, puede contaminarse con cloruros, por lo cual es aconsejable más bien en el suelo, en aguas dulces y en salmueras.

Electrodo de calomelanos.

Este electrodo está formado por mercurio cubierto por una capa de cloruro insoluble (calomelanos), Hg2Cl2 en equilibrio con una disolución de cloruro potásico, KCl, que puede ser 0.1 N, 1 N o saturada. El contacto eléctrico con el mercurio se realiza por medio de un hilo de platino. Un esquema de este electrodo se presenta en la figura 3.

Figura 3. Electrodos de referencia: Calomelanos saturado.

La reacción del electrodo de calomelanos es:

〖Hg〗_2 〖Cl〗_2+ 〖2e〗^(- ) ↔2Hg+2〖Cl〗^-

Así pues, si el electrodo actúa como ánodo (-) la reacción es hacia la izquierda, (oxidación); si el electrodo actúa como cátodo (+), la reacción es hacia la derecha, (reducción).

Electrodo de zinc (Zn)

Está constituido por un bloque de Zn de alta pureza; generalmente se utiliza una aleación de Zn como la empleada para los ánodos galvánicos de Zn de composición como la especificada por la norma militar americana: MIL-A-18001 H.

Según la norma militar americana MIL-A-18001 H En la tabla 1 se muestra la composición de diferentes electrodos de referencia.

Tabla 1. Composición de diferentes tipos de electrodos de referencia

SERIE ELECTROMOTRIZ

La

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