Ecuación de Nernst y constante de formación.

1. CONOCIMIENTOS PREVIOS.

1. ¿Cuál es la relación entre E° y la constante de Equilibrio?

Las reacciones redox tienen una herramienta adicional para predecir el sentido del cambio: la diferencia de potencial en una celda hipotética donde cada reacción ocurre en un compartimiento separado. La diferencia de potencial en función de la concentración de productos y reactivos, la diferencia de potencial estándar (∆E°), está directamente relacionada con la constante de equilibrio de la reacción y nos brinda una primera estimación para predecir el cambio en una reacción que ocurre con transferencia de electrones. El potencial estándar (E°), es aquel que corresponde a una reacción redox en la cual una de las semirreacciones es la de referencia () donde todas las especies están con concentración 1M y los gases a 1 atm de presión. Una reacción redox es espontánea cuando ∆E>0 y que la relación entre la diferencia de potencial estándar y la constante de equilibrio es:  [pic 3][pic 4]

Una celda galvánica produce electricidad porque la reacción de la célula no está en equilibrio. Para dos semirreacciones:

  Electrodo de la derecha:    aA + ne ↔ cC  E°+

Electrodo de la izquierda:     dD + ne↔ bB  E°-

La ecuación de Nernst tiene la expresión:

[pic 5]

[pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 6]

[pic 11]

(ALDABE, 2004).

1. Investigar el empleo de las celdas galvánicas como detectores químicos.

Una aplicación importante de las celdas galvánicas es su uso como fuentes portátiles de energía llamadas baterías. Una batería ideal debería ser poco costosa, portátil, segura en su uso e inocua para el medio ambiente. Debería también mantener una diferencia de potencial estable con el paso del tiempo. Tanto la masa como el volumen de la batería son parámetros críticos. El electrolito de la batería utiliza la menor cantidad de agua posible, tanto para reducir la pérdida del electrolito como para mantener la masa reducida. Tipos de pilas:

• Pila primaria: Es una celda galvánica como los reactivos sellados en su interior en la fabricación. No puede ser recargada; cuando se agota, se desecha. Se subdivide en:

• Pila seca: Es la pila primaria utilizada en la mayoría de las aplicaciones comunes tales como reproductores de CD portátiles, los controles remotos y las linternas. Su familiar contenedor cilíndrico de Zinc sirve como ánodo; el centro está el cátodo, un vástago de carbono. El interior del contenedor en sí está recubierto con papel que sirve como barrera porosa. El electrolito es una pasta húmeda de cloruro de amonio, óxido de manganeso (IV), carbono finamente granulado y un relleno inerte, en general almidón. Detectan radioactividad y rayos X.
• Pila alcalina: Brinda un potencial más estable y de mayor duración que una pila seca. Es similar a una seca, pero utiliza un electrolito alcalino, con el cual el electrodo de Zinc no reacciona rápidamente cuando la batería no está en uso. Se utilizan como detectores de humo y fuentes de energía de respaldo.
• Pila de plata: Brinda un potencial más estable y de mayor duración que una pila seca, al igual que una pila alcalina.

• Pila de combustible: Es como una pila primaria, pero los reactivos se aportan continuamente (ATKINS, 2006).

1. OBJETIVOS

1. Confirmar la valides de la ecuación de Nernst empleando una celda galvánica de concentraciones conocidas.
2. Determinar de manera directa con una celda galvánica y la ecuación de Nernst la constante de equilibrio de iones complejos de plata.

1. PROCEDIMIENTO

Antes de empezar, se enjuagaron los vasos de precipitado y pipetas a usar con agua des ionizada con el fin de evitar interferencias durante el proceso. A partir de aquí, todo el material usado se manejó con guantes limpios para que las sales de la piel no contaminaran el material.

Se tomaron 5ml de las soluciones de  1M (dos veces),  1M y  1M y se colocaron cada una en un vaso de precipitados de 10ml diferente perfectamente identificado para formar las medias celdas. Uno de los vasos con  1M se identificó como “Referencia” y el otro como “Prueba 1”. También se identificaron cinco vasos más como “Prueba 2”, “Prueba 3”, “Prueba 4”, “Prueba 5” y “Prueba 6”. [pic 12][pic 13][pic 14][pic 15]

Para los puentes salinos, se cortaron 7 tiras de papel filtro limpio (0.3mm de ancho) cuidando de no ensuciarlas, las cuales se sumergieron en la solución de  1M. Mientras tanto, un electrodo de plata fue cortado a la mitad dejando dos electrodos iguales de 5cm de largo aproximadamente, estos se lijaron, se lavaron con agua desionizada y se dejaron secar al aire libre.[pic 16]

Para armar el sistema, se conectaron unas pinzas banana-caimán a cada una de las terminales positiva y negativa de un voltímetro (EXTECH INSTRUMENTS), en el  extremo libre de cada pinza se conectó uno de los electrodos de plata. El voltímetro se encendió y se giró su perilla a hasta la sección de 20V corriente directa.

...