Determinación del potencial estándar de reducción de diferentes especies, empleando una herramienta virtual

DETERMINACIÓN DEL POTENCIAL ESTÁNDAR DE REDUCCIÓN DE DIFERENTES ESPECIES, EMPLEANDO UNA HERRAMIENTA VIRTUAL.

Gabriel A. Sena J.1, Juan C. Argel M.1,

1Universidad de Córdoba, Facultad de ciencias básicas, Departamento de química, Montería. Colombia.

RESUMEN

En el ámbito de la electroquímica y la química analítica, la determinación del potencial de reducción es un aspecto crucial que permite evaluar la tendencia de una especie química a aceptar electrones y experimentar una reducción en una reacción redox. En el marco de este estudio, se llevó a cabo la configuración de diversas celdas galvánicas teóricas utilizando una herramienta de simulación virtual. El objetivo principal fue determinar los potenciales de reducción de distintas especies químicas, así como evaluar el potencial global de cada celda en función de la variación de los electrodos empleados. Para ello, se establecieron electrodos estándar de hidrógeno y estaño como ánodos, mientras que se utilizaron otros metales como cátodos en las celdas galvánicas. Mediante el uso de electrodos variables en estas celdas, se obtuvieron distintos potenciales teóricos. A partir de los resultados obtenidos, se identificaron las características necesarias para generar un voltaje elevado en las celdas. Asimismo, con base en los datos obtenidos, se pudo establecer la naturaleza de las reacciones en términos de su espontaneidad: si se trataba de reacciones espontáneas, no espontáneas o si se encontraban en un estado de equilibrio. Finalmente, se realizó un análisis teórico sobre la celda Fe | Fe++ (1 M) || Cu++ (1 M) | Cu, al cual se le incrementó la concentración de la solución catódica en un 100%, demostrando un menor potencial, y llegando a una conclusión con respecto a dicho resultado.

Palabras claves: Potencial de reducción, potencial de celda, reacción redox, electrodo estándar.

1.INTRODUCCIÓN

La electroquímica tiene como fundamento el estudio de las reacciones químicas que dan origen a la producción de energía en forma de corriente eléctrica y a las reacciones que son producidas por medio de una corriente eléctrica externa. (Gray & Dickerson, 1976)

La celda galvánica está constituida por dos electrodos (conductores metálicos), unidos externamente por un hilo conductor y sumergidos en distintas soluciones electrolíticas. Las soluciones están separadas físicamente, pero pueden intercambiar iones a través del puente salino. El llamado puente salino suele ser un tubo relleno con un gel empapado con una disolución saturada de cloruro de potasio. (Soria, Vivó, & Gómez - Biedma, 2002).

En la semicelda anódica ocurren las oxidaciones, mientras que en la semicelda catódica ocurren las reducciones. El electrodo anódico, conduce los electrones que son liberados en la reacción de oxidación, hacia los conductores metálicos. Estos conductores eléctricos conducen los electrones y los llevan hasta el electrodo catódico; los electrones entran así a la semicelda catódica produciéndose en ella la reducción. (David Harvey)

En esta práctica de laboratorio virtual, se realizaron varias celdas galvánicas, con el objetivo de determinar los potenciales de reducción de cada especie según el electrodo estándar utilizado, y el potencial de celda variando las especies de cada electrodo. Para ello se realizaron diferentes pruebas en un laboratorio virtual, se analizaron los datos obtenidos y se llegó a diferentes conclusiones sobre el objetivo planteado.

2. MATERIALES Y MÉTODOS

Materiales:

La practica se realizó en un laboratorio virtual con dirección: https://labovirtual.blogspot.com/search/label/Escala%20de%20potenciales%20de%20reducci%C3%B3n 

Métodos:

Se determinó el potencial estándar de reducción colocando el electrodo estándar de hidrógeno como ánodo y las demás especies (H+, Zn+2, Ag+, Fe+2, S, Al+3, Cu+2, Fe+3, Sn+2) como el cátodo, a condiciones estándar de temperatura (25°C) y de concentración (1 M), obteniéndose así los valores que se muestran en la tabla 1.

 Posteriormente, se predijo los voltajes de las diferentes celdas propuestas, las cuales se evidencian en la tabla 2.

Adicionalmente, para realizar una comparación de electrodos estándar, se realizó el mismo procedimiento del electrodo estándar de hidrógeno, pero sustituyéndolo por un electrodo estándar de estaño. Los resultados fueron registrados en la tabla 3.

3. RESULTADOS Y DISCUSION

Resultados:

Tabla 1. Potenciales estandar de reducción para cada especie empleando el hidrogeno como ánodo

Mediante la ecuación de potencial de celda:

[pic 1]

[4]

Se determinó matemáticamente los potenciales de las pilas propuestas en el laboratorio virtual, con concentraciones iguales a 1M, de la siguiente manera. Los datos de potencial de reducción fueron tomados de tablas teóricas [5]. Tomamos como ejemplo la celda que tenía un electrodo de hierro y un electrodo de cobre.

Semirreacciones:

[pic 2]

[pic 3]

[pic 4]

[pic 5]

[pic 6]

[pic 7]

Y así para las demás celdas propuestas

Tabla 2. Predicción del voltaje de las pilas propuestas en el laboratorio virtual

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