TERMODINÁMICA APLICADA A UNA CELDA ELECTROQUÍMICA

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA - UNIVERSIDAD DEL VALLE[pic 1]

TERMODINÁMICA APLICADA A UNA CELDA ELECTROQUÍMICA.

Torres, María Camila (1942914); Ochoa, Sebastian (1941143).

24 de enero de 2022. Departamento de Química – Universidad del Valle.

Abstract. In this practice, the thermodynamic properties of a reaction were studied through the Amrita Laboratories simulator, aluminum was chosen as cathode and sodium as anode. In the first part of the practice, the potential decreased with respect to the change in Al concentration and n=2.96 was obtained with an error of 1.17%. In the second part the potential increased each time the temperature was increased and the change of E against that of T at constant pressure gave 0.000133.

KEYWORDS: electrochemistry, potential, voltaic cell.

Introducción. 

La electroquímica se conoce como la rama de la química que estudia la transformación entre la energía química y la energía eléctrica [1]. Los procesos electroquímicos se basan en reacciones redox donde la energía eléctrica es aprovechada para inducir una reacción no espontánea, o donde la energía liberada por una reacción química espontánea es convertida en electricidad [1]. Teniendo en cuenta lo anterior se posesiona como objetivo en la práctica estudiar estas reacciones redox dentro de una celda electroquímica así como sus valores termodinámicos que describen su comportamiento; ya que estas reacciones son muy importantes en la industria, pues se conoce que a base de este tipo de reacciones funciona la producción de metales. Una celda galvánica o voltaica es un dispositivo experimental utilizado para generar electricidad mediante una reacción redox espontánea, donde los electrones se transfieren del agente reductor al agente oxidante en la disolución [1]. En estas celdas la energías química se transforma en eléctrica para hacer trabajo eléctrico, el cual está descrito por la siguiente ecuación:

𝑤ele = 𝑤max = ∆G = -nFE

Ec. 1. Trabajo eléctrico.

La anterior ecuación también describe el trabajo máximo que se interpreta como la energía libre de Gibbs.

Metodología.

La práctica consistió en escoger los materiales de cada electrodo, en este caso fue aluminio (Al) para el cátodo y sodio (Na) para el ánodo. En primer lugar se tomaron cuatro datos de potencial de celda a presión y temperatura estándar, cambiando la concentración del aluminio; mientras que la segunda parte la concentración de los electrodos permaneció constante en Na=1M Al=7.48M y la presión en 1 atm, a diferencia de la temperatura que fue variada desde los 30°C a los 82°C en cuatro mediciones.

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Fig. 1. Montaje de la práctica.

Resultados y discusión

Tras realizar el experimento de la reacción entre Al y Na se obtuvieron los siguientes resultados mostrados en la tabla 1.

Tabla 1. Datos obtenidos de las celdas de Na y Al.

En la figura 2 podemos ver la relación del potencial eléctrico (E) respecto a Ln Q donde el sistema está a temperatura ambiente (25°C).

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Fig 2. Potencia respecto a Ln(Q).

Al obtener la línea de tendencia de la figura 2 conseguimos una pendiente m=-0.0199, con el dato anterior y la ecuación 2 de  se calcula el número de electrones transferidos n=2.96  junto con un error del 1.17%.

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Ec. 2. Ecuación de Nernst.

La figura 2 describe un comportamiento lineal con pendiente negativa, además podemos observar una relación inversamente proporcional entre el potencial eléctrico (E) y el cociente de concentraciones, esto se puede explicar a través de la ecuaciòn de Nernst donde podemos calcular la diferencia de potencial eléctrico necesario para producir una fuerza eléctrica que justamente es inversamente proporcional a la concentraciòn del cátodo y directamente proporcional a la concentraciòn del ánodo [2].

Con las concentraciones constantes de Na=1 y Al=7,48 se varió la temperatura del sistema y se obtuvieron los siguientes resultados puestos en la tabla 2.

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