Potenciales termodinámicos

Potenciales termodinámicos

Objetivo general:

• Aprender  la aplicación física de los potenciales termodinámicos, reacciones oxido-reducción y su importancia en una pila comercial.

Objetivos particulares:

• Conocer la importancia de los potenciales termodinámicos en nuestra vida diaria.
• Explicar la aplicación física de los potenciales termodinámicos de una celda electroquímica
• Demostrar experimentalmente y matemáticamente los potenciales de la pila
• Analizar la reacción oxido-reducción que se lleva a cabo en la pila y la importancia de ésta en los cálculos.

Introducción:

Se denomina reacción de reducción-oxidación, de óxido-reducción o, simplemente, reacción redox, a toda reacción química en la que uno o más electrones se transfieren entre los reactivos, provocando un cambio en sus estados de oxidación.

La pila  es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica por un proceso químico. La estructura fundamental de una pila consiste en dos electrodos, metálicos en muchos casos, introducidos en una disolución conductora de la electricidad o electrolito.

Potencial eléctrico: el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga positiva unitaria.

ΔG° (P, T) ctes es el trabajo máximo.  ΔH° y ΔS° a P cte es tanto el aumento o disminución del desorden en la reacción y la cantidad de energía que se le suministra o desprende  la reacción para que se lleve a cabo.

ΔG°= ΔH° - T ΔS°

ΔG°<0 Espontáneo   ΔG°>0 No espontáneo   ΔG°=0 está en equilibrio.

Problema:

Determinar en una pila comercial sus potenciales termodinámicos a diferentes temperaturas y explicar su interpretación física.

Teoría:

La pila es un dispositivo capaz de convertir la energía química en eléctrica. Hay diferentes tipos de pilas que dependen del sistema y su funcionamiento.

En esta práctica, analizaremos una pila Ag2-Zn, este tipo de pilas se utilizan en calculadoras, relojes, cámaras, aparatos auditivos, debido a su tamaño, duración de energía y alta confiabilidad. Este tipo de pila muestra un cátodo de óxido de plata y un ánodo de zinc con medio alcalino que no interviene en la reacción y funciona como medio.

[pic 1]

En está celda electroquímica se lleva a cabo una reacción de óxido-reducción, es decir, una reacción donde los electrones serán transferidos de una sustancia a otra. Así, en el ánodo se realiza la siguiente reacción:

Zn(s) + 2OH-   ZnO(s) + H2O + 2e

Y en el catodo:

Ag2O(s) + H2O(l) + 2e  2Ag(s) + 2OH-

Y como reacción final:

Ag2O(s) + Zn(s)  2Ag(s) + 2OH-

Propuesta experimental:

Material y reactivos:

1 termómetro digital

1 multímetro digital

1 controlador de inmersión de temperatura

1 hielera de unicel

1 vaso de precipitados de 100 mL

2 soportes universales

1 pinza de tres dedos

1 elevador

1 pila comercial de Ag2O-Zn de 1.55 V

1 portapilas

2 cables con conexión de banana (rojo y negro)

Aceite de nujol

Agua

Hielo

Desarrollo experimental:

[pic 2]

1. Montar el dispositivo como la figura
2. Unir los cables con conexión de banana al portapilas, empleando soldadura de estaño, respetando el código de colores (cable rojo: polo positivo y cable negro: polo negativo), para asegurar que la polaridad es la correcta.
3.  Sujetar la pila de Ag2O-Zn en el portapilas. Revisar que la polaridad y el contacto eléctrico sean correctos.
4.  Colocar aceite de nujol en el vaso de precipitados de 100 mL, y sumergir el portapilas que contiene la pila.
5. Introducir el elevador dentro de la hielera de unicel y colocar sobre éste el vaso de precipitados con el aceite de nujol y el portapilas con la pila.
6.  Introducir y encender el termómetro digital dentro del aceite de nujol, sujetándolo al soporte universal con una pinza de tres dedos.
7. Conectar las terminales de los cables del portapilas con el multímetro.
8.  Introducir el controlador de temperatura al baño, ajustándolo con el soporte universal.
9. Colocar en la hielera una mezcla de hielo y agua, y llenar hasta una altura de 20 cm.
10. Encender el multímetro.

Metodología empleada:

Material:

1 termómetro digital

1 multímetro digital

1 vaso de precipitados de 1L

1 soporte universal

1 pinza de tres dedos

1 matraz de 100 ml

1 pila comercial de Ag2O-Zn de 1.55 V

1 portapilas

2 cables con conexión de banana (rojo y negro)

Aceite de nujol

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