Practica 1. POTENCIALES TERMODINÁMICOS

Laboratorio de Equilibrio y cinética.

Grupo 1.

Alumna: Leyva Olvera Gabriela Yoselin

Fecha de entrega: 9-febrero-2015

Practica 1. POTENCIALES TERMODINÁMICOS.

Objetivos: Que el alumno conozca la importancia de los potenciales termodinámicos, su interpretación física y su aplicación en una reacción de óxido-reducción en una pila comercial.

Propiedades físicas Reactivos:

Diseño experimental: Conectar una pila de Ag2O/Zn a un multímetro, colocar la pila dentro de un vaso de precipitado que contenga aceite de nujol con un termómetro para controlar la temperatura y este mismo vaso colocarlo en una tina con agua que tendrá inicialmente una temperatura de 10° C, medir el potencial eléctrico, aumentar 5°C y medir temperatura nuevamente, seguir el mismo procedimiento hasta alcanzar una temperatura de 40°C.

SUSTANCIA FORMULA CARACTERISTICASAgua H2O Datos fisicoquímicos: Punto de ebullición: 100°C

Punto de fusión: 0°C Presión de vapor: (20°C) 23 hPa Densidad (20/4): 1,00

Manejo y seguridad:---------Uso en: alimentos, cosmética, farmacia, etc.Costo: 1L $10

Aceite de nujol Aceite mineral o vaselina.

Datos fisicoquímicos: Aspecto: Líquido viscoso Color: Incoloro Olor: Inodoro Densidad (20/4): 0.82Manejo y seguridad: No inhalar el vapor. Evitar el contacto con los ojos, la piel o la ropa. Evitar la exposición prolongada o repetida.Uso en: El uso más común para el aceite mineral es remover el maquillaje. Costo: 10 USD/ L

Ag2O Oxido de plata

Datos fisicoquímicos: Estado físico a 20 °C : Sólido. Color : Marrón oscuro. Olor : Inodoro. Umbral olfativo : Sin datos disponibles. Valor de pH : No aplica. Punto de fusión [°C] : 200 Punto de decomposición [°C] : Sin datos disponibles. Temperatura crítica [°C] : No aplica. Temperatura de auto-inflamación [°C] : Sin datos disponibles. Inflamabilidad : Sin datos disponibles. Punto de inflamación [°C] : No aplica. Punto de ebullición inicial [°C] : No aplica. Punto de ebullición final [°C] : No aplica. Tasa de evaporación : No aplica. Presión de vapor [20°C] : Sin datos disponibles. Densidad de vapor : Sin datos disponibles. Densidad [g/cm3] : 7.2 (20 °C)Manejo y seguridad: Manténgase alejado de fuentes de calor, chispas, llama abierta o superficies calientes. – No fumar. Llevar prendas ignífugas o resistentes al fuego o las llamas. Llevar guantes, prendas, gafas y máscara de protección.Uso en: Comercialmente, el óxido de plata se usa en las baterías de óxido de plata. En química orgánica es usado como un leve agente oxidante.Costo:--

Zn Zinc Datos fisicoquímicos: Peso especifico 7,14 Punto de fusión 419º C Punto de ebullición 907 º C Punto de inflamación 540 º C Estático Punto de inflamación 690 º C En nubeManejo y seguridad: Generalmente el producto no es peligroso, pero en contacto con los ojos (irritante), la inhalación también puede causar irritaciónUso en: Aleaciones (latón, bronce y aleaciones para moldes en concha), hierro galvanizado y otros metales, galvanizado, emulsionante de metales, piezas de automóvil, baterías de pila seca,

fungicidas, nutrición (elemento esencial del crecimiento), tejados, acanalados, planchas de litografía, envoltura de cables, tubos para órganos. Para obtener sales y otros compuestos de zinc, agente reductor, agente precipitante, purificador, catalizador, pinturas resistentes a la corrosión pirotecnia, eliminación de herrumbre, compuestos para limpieza de tuberías, para producir efectos decorativos.Costo: U$S 2149.50 por tonelada

Cuestionario Previo

1) ¿Qué es una reacción óxido-reducción?  Son aquellas donde hay movimiento de electrones desde una sustancia que cede electrones (reductor) a una sustancia que capta electrones (oxidante). En donde la energía liberada por una reacción espontánea se convierte en electricidad o dónde la energía eléctrica se aprovecha para inducir una reacción química no espontánea. 2) ¿Qué es una pila y cuál es el principio de su funcionamiento? es un dispositivo que convierte la energía química en eléctrica. Todas las pilas están formadas por un electrolito (que puede ser líquido, solidó o pastoso), un electrodo positivo y otro negativo. El electrolito es un conductor iónico; mientras que un electrodo genera electrones y el otro los acepta. Al conectar los electrodos al circuito que se quiere alimentar, se produce una corriente eléctrica. Las pilas se dividen en primarias o voltaicas, en las que la reacción química no se puede invertir (no recargables) y secundarias o acumuladores, en las cuales la reacción es reversible y se puede llevar a su estado original (recargables), pasando una corriente eléctrica a través del circuito en sentido opuesto al flujo de electrones normal de la pila.3) Investigar qué es una pila de óxido de plata-zinc, cuál es la reacción de óxido-reducción que se lleva a cabo en ella y las aplicaciones de este tipo de pilas.  El zinc es el activador en el electrodo negativo y se corroe en solución alcalina, la corrosión de zinc provoca la electrólisis en el electrolito, lo que resulta en la producción de gas de hidrógeno y un aumento de la presión interna de la batería; la cual utiliza la composición del electrodo opuesto (el cátodo está hecho de plata pura, mientras que el ánodo está hecho de una mezcla de óxido de zinc y polvos de zinc puro). Durante el proceso de carga, la plata se oxida primero en óxido de plata:  2Ag + 2OH -> Ag2O + H2O + 2e- y luego a óxido de plata:  Ag + 2OH -> AgO + H2O + 2e- mientras que el óxido de zinc se reduce a metálico de zinc: 2Zn2 + 4e-= 2Zn + 4OH-. Este proceso continúa hasta que el potencial de la pila llega al nivel en el que es posible la electrólisis del hidróxido a aproximadamente 1,55 V. 

4) ¿Qué es el potencial eléctrico? El potencial (V) en un punto situado a una distancia (r) de una carga (Q) es igual al trabajo por unidad de carga realizado contra las fuerzas eléctricas para transportar una carga positiva (+q) desde el infinito hasta dicho punto. 5) ¿Qué es el trabajo eléctrico? La diferencia de potencial entre dos puntos es el trabajo por unidad de carga positiva que realizan fuerzas eléctricas para mover una pequeña carga de prueba desde el punto de mayor potencial al punto de menor potencial. 6) Escribir la ecuación que relaciona al trabajo eléctrico con el potencial eléctrico para una reacción de óxido-reducción. W= - nFE 7) Explicar la interpretación física de ∆G° cuando un proceso se lleva acabo a presión y temperaturas constantes. Nos marca la tendencia a la espontaneidad de un proceso, además de medir la cantidad máxima de trabajo que puede ser hecho por un proceso desde una situación de no equilibrio a una de equilibrio. Si ∆G° < 0 proceso espontáneo∆ Si ∆G° = 0 equilibrio termodinamico Si ∆G° > 0 proceso no espontáneo 8) Investigar la interpretación física de ∆H° y ∆S° cuando un proceso se lleva acabo a presión constante. Si ∆H° = Qp Si ∆H° > 0 proceso endotérmico Si ∆H° < 0 proceso exotérmico Si ∆S° > 0 aumento # microestados Si ∆S° < 0 disminución #microestados 9) ¿Cuál es la ecuación que relaciona ∆G° con ∆H° y ∆S° a temperatura constante? ∆G°= ∆H° - T∆S° 10)Explicar el criterio de espontaneidad y equilibrio asociado con ∆G° a temperatura y presión constantes. Para un proceso a temperatura y presión constante el signo de ΔG° depende de los cambios en los signos de la entalpía y la entropía así como de la temperatura absoluta, a partir de ello se puede establecer los criterios de espontaneidad: * Cuando ΔG°<0, un proceso o reacción química ocurre espontáneamente en la dirección dada. 

* Cuando ΔG°>0, el proceso o reacción química ocurre espontáneamente en la dirección inversa a como está dada. * Cuando ΔG°=0, el proceso se encuentra en equilibrio, sin que tome lugar un

cambio neto. 11) Mencionar cuáles son los factores que afectan el signo de ∆G° en la ecuación que relaciona a ∆G° con ∆H° y ∆S° a temperatura y presión constante. El signo de ΔG° nos indica la espontaneidad de la reacción ΔG°<0 Reacción Espontánea ΔG°>0 Reacción No-espontánea ΔG°=0 Sistema está en equilibrio ΔH° ΔS° ΔG° Espontaneidad del Proceso - + Siempre negativo Siempre espontáneo + - Siempre positivo Nunca espontáneo - - Neg. a temperatura baja Pos. a temperatura alta Espontánea a temp. baja No espontánea a temp. alta + + Pos. a temperatura baja Neg. a temperatura alta No espontánea a temp. baja Espontánea a temp. alta 

Bibliografía:* Chang, fisicoquímica , tercera edición, McGraw Hill, México, 2007 pág. 165-170 , 356, 357* Chang, Química , novena edición, McGraw Hill, México, 2007 pág. 131-140 , 796-800

* http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/oxido_reduccion.htm 07/02/2015