Potenciales Termodinamicos

Los potenciales termodinámicos son ecuaciones constitutivas, asociadas con sistema termodinámico que tiene dimensiones de energía. Los potenciales sirven para predecir bajo las restricciones impuestas (variables naturales) qué cambios termodinámicos serán espontáneos y cuales necesitarán aporte energético, es decir, nos ayudan a cuantificar la energía involucrada en un proceso. Son propiedades extensivas

Los potenciales termodinámicos son equivalentes a las ecuaciones fundamentales, los cuatro principales potenciales son: (U, H, A, G)

H = U + PV entalpía

A = U − TS función de Helmholtz

G = H − TS función libre de Gibbs.

U= Q + W energía interna

Estos potenciales los podemos aplicar en el campo de la termoquímica, para el estudio de reacciones, como la reacción que se da en la pila que utilizaremos en esta practica, la cual es una reacción redóx.

Las pilas consisten en dos electrodos metálicos sumergidos en líquido, solido o pasta llamados electrolitos, los cuales son conductores de iones. Cuando los electrodos reaccionan con el electrolito producen una transferencia de electrones, cuando los electrones de uno de los electrodos pasa al otro a través de un conductor externo la pila realiza un trabajo eléctrico y se produce la corriente eléctrica.

Problema

Determinar experimentalmente los potenciales termodinámicos (∆Hºr, ∆Gºr y ∆Sºr), a 298.15K de temperatura de una reacción de óxido-reducción que se efectúa en una pila comercial de óxido de plata-zinc (Ag2O-Zn) y explicar su interpretación física.

Procedimiento

1. Unir los cables con conexión de banana al porta pilas, 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.

2. Sujetar la pila de Ag2O-Zn en el porta pilas. Revisar que la polaridad y el contacto eléctrico sean correctos.

3. Colocar aceite de nujol en el vaso de precipitados de 100 mL, y sumergir el porta pilas que contiene la pila.

4. Introducir el elevador dentro de la hielera de unicel y colocar sobre éste el vaso de precipitados con el aceite de nujol y el porta pilas con la pila.

5. Introducir y encender el termómetro digital dentro del aceite de nujol, sujetándolo al soporte universal con una pinza de tres dedos.

6. Conectar las terminales de los cables del porta pilas con el multímetro. Verificar que la polaridad sea correcta.

7. Introducir el controlador de temperatura al baño, ajustándolo con el soporte universal.

8. Colocar en la hielera una mezcla de hielo y agua, y llenar hasta una altura de 20 cm.

9. Encender el multímetro, elegir la escala de voltaje con el selector giratorio y presionar durante un segundo el botón de alta resolución (“Hi Res”) para visualizar en el multímetro la cuarta cifra en la medición del potencial eléctrico.

10. Encender el controlador de inmersión de temperatura con el interruptor diferencial, emplear la velocidad de circulación alta (“high”) y ajustar con la perilla indicadora (1) la temperatura en aproximadamente 10ºC y esperar hasta que la luz de calentamiento se apague totalmente y así asegurar que se alcance el equilibrio térmico dentro del baño, y que la temperatura se encuentre alrededor de 10ºC.

11. Registrar el potencial eléctrico a esa temperatura (≈10ºC)

12. Mover la perilla indicadora para incrementar la temperatura del baño y cada 5ºC aproximadamente anotar el valor del potencial eléctrico y la temperatura a la que se efectuó la medición. Repetir este procedimiento hasta alcanzar una temperatura de aproximadamente 40ºC.

13. Anotar resultados y observaciones para después realizar

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