Experimentos simples de electroquímica

 

C. M. Pogliani, R. Piovoso, D. Martire, A. Jubert

Cátedra de Química para Ingeniería, Facultad de Ingeniería, UNLP. C. C. 962, 1900 La Plata, Argentina

Resumen

En este trabajo se presentan experiencias sencillas de electroquímica, de bajo costo, diseñadas para poder ser realizadas por profesores y alumnos de enseñanza media.

Una de las experiencias consiste en la construcción de una celda electrolítica utilizando materiales corrientes. En ella se estudian reacciones de electrólisis de una solución de KOH 1 M; solución de NaCl al 5% p/v y solución al 5% de KI.

La segunda experiencia consiste en el uso del análisis electrográfico para la identificación de Ni contenido en una aleación. Se utiliza a los efectos de este análisis una moneda apropiada.

Las experiencias descriptas pueden servir para discutir temas de electrólisis y electroquímica a distinto nivel y profundidad, temas de termodinámica, materiales y sus propiedades, soluciones sólidas, etc.

Introducción

Uno de los objetivos fundamentales en la enseñanza de la química consiste en el desarrollo y puesta a punto de experiencias motivadoras, desarrolladas con materiales que se puedan conseguir fácilmente y cuyo costo sea lo más bajo posible. Los experimentos deben dar la base para la comprensión de conceptos básicos de la química.

El objetivo de este trabajo consiste por un lado, en la construcción de una celda electrolítica con materiales corrientes y el desarrollo de algunas reacciones de electrólisis en la misma y en segunda instancia la realización de un análisis electrográfico sencillo.

Electrólisis

Es posible emplear energía eléctrica para realizar reacciones redox no espontáneas. Esta clase de reacciones, que son impulsadas por una fuente externa de energía eléctrica, se denominan reacciones de electrólisis y se llevan a cabo en celdas electrolíticas.

Una celda electrolítica consta de dos electrodos en contacto con una sal fundida o con una solución. La celda es activada por una batería o fuente de corriente continua.

Materiales a emplear para construir la celda:

Figura 1: Celda electrolítica

Modo de construcción y operación de la celda electrolítica: (Ver Fig.1)

En la base del recipiente descartable se atraviesan los alambres de Ni, es necesario que se encuentren separados por una distancia no menor a 5 cm. Los electrodos de Ni deben quedar por lo menos 1 cm fuera de la fuente y el resto en el interior de la misma. Se fijan con el sellador. Si la cubeta no pierde (verificar llenándola de agua) se apoya en el trípode y se agrega la solución donde se realizará la electrólisis.

A dos jeringas se les quita el émbolo y en el extremo mas fino se coloca 4 cm de manguera de PVC. Por el otro extremo se introducen las jeringas en la cubeta (fuente descartable) de manera que cada uno de los alambres de Ni quede dentro de una de ellas.

La tercera jeringa se conecta al extremo libre de la manguera de PVC y tirando del émbolo se desaloja el aire del compartimiento donde se encuentra un electrodo, por lo tanto la solución asciende hasta llenar por completo dicho espacio. Inmediatamente se presiona la manguera de PVC con un clip. De la misma forma se procede con la jeringa que contiene el otro electrodo. Para que las jeringas queden en posición vertical se atraviesa la tapa de la fuente descartable que fue agujereada adecuadamente con ese fin.

Por último se conectan los electrodos por los extremos que sobresalen de la cubeta a la pila.

Al comenzar la electrólisis se observará desprendimiento gaseoso.

Las soluciones donde se practicará la electrólisis pueden ser las siguientes:

a-Solución de KOH 1 M:

Reacción catódica 2H2O + 2e- ® H2 + 2 OH-

Reacción anódica 4 OH- ® O2 + 4 e- + 2 H2O Reacción global 2H2O ® 2H2 + O2

Se observará la diferencia de volumen gaseoso entre la rama catódica y la anódica.

b- Solución de NaCl al 5 % p/v

Reacción catódica 2H2O + 2e- ® H2 + 2 OH-

Reacción anódica 2Cl- ® Cl2 + 2 e-

Reacción global 2H2O + 2Cl- ® H2 + Cl2 + 2 OH-

Aquí los volúmenes gaseosos son iguales pero si a la solución se le agregan gotas de fenolftaleína la rama catódica se coloreará de rosa fuerte, debido a la generación de OH-.

c- Solución al 5 % de KI

Reacción catódica 2H2O + 2e- ® H2 + 2 OH-

Reacción anódica 2I- ® I2 + 2 e-

Reacción global 2H2O + 2I- ® H2 + I2 + 2 OH-

En la rama anódica aparecerá color marrón debido a la presencia de I2.

 

Análisis electrográfico sencillo

 

El análisis electrográfico es una combinación de electroquímica y análisis inorgánico cualitativo. Esta técnica ha sido usada para analizar elementos químicos sobre superficies de aleaciones metálicas y también para identificar elementos metálicos en muestras arqueológicas. Mediante esta técnica para realizar análisis inorgánicos cuali o cuantitativos se remueven cantidades pequeñas cantidades (del orden de microgramos) de la superficie metálica, dejando a la misma prácticamente intacta.

 

El aparato propuesto aquí es lo suficientemente barato como para poder proveer un equipo a grupos de pocos alumnos.

 

Materiales:

Figura 2: Equipo para el desarrollo del análisis electrográfico

Desarrollo de la experiencia (ver Figura 2):

 

Resultado y discusión:

En unos pocos minutos se desarrolla un color fucsia debido a la presencia de níquel. En algunos casos puede observarse también un color azul debido a la presencia de cobre. La misma experiencia puede desarrollarse con otras piezas metálicas con diferentes reactivos de prueba.

 

Conlusiones

Este trabajo práctico puede servir para discutir el tema de electrólisis (incluyendo reacciones anódica y catódica), discutir la conducción iónica y electrónica, el sentido de circulación de la corriente en el proceso.

Además, el análisis electrográfico puede ser empleado por los alumnos en trabajos de investigación simples sobre los temas de electrólisis, electroforesis y análisis orgánico e inorgánico.