Potenciales de electrodo y uso de potenciostato, curvas de polarización

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LABORATORIO N°1

POTENCIALES DE ELECTRODOS Y USO DE POTENCIOSTATO

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Alumnos        : Juan Antonio Baeza

Brian Vivero Constanza Baza Matías Vásquez

Grupo        7

Asignatura : Cinética de Procesos Metalúrgicos

Profesor        : Froilán Vergara

Ayudante        : Luis Melo

Concepción, 20 de junio de 2022

1. Resumen

En este laboratorio se estudió el comportamiento cinético de reacciones redox, con el uso de una estación de trabajo electroquímica, donde se utilizaron principalmente electrodos de Cu y acero 316 L, un barrido potencial (a velocidad de 10 mV/s) desde -400 mV hasta 1500 mV, una solución CuSO4.5H2O, diferentes concentraciones de Cu2+ (20, 30, 40 y 45 en g/L) y ácido sulfúrico. Cada uno de los materiales utilizados se describen detalladamente en la metodología experimental de este informe (pág. 7). Se obtuvieron las curvas de polarización para las reacciones esperadas (pág. 6), de las cuales se midió el potencial de abandono, potenciales de equilibrio, efectos de la concentración y sus significados físicos. Se describieron las ecuaciones utilizadas (pág.4) para comparar datos teóricos con valores obtenidos experimentalmente, en los cuales se pueden ver efectos importantes que no se consideran en la teoría, como, por ejemplo, el hecho de que el hidrogeno gaseoso puede escapar de la celda (grafico 5).

Verificando los potenciales de abandono de los electrodos, se obtienen los siguientes resultados:

Tabla 1: Potencial de abandono estimado para las [Cu2+] respecto al electrodo de Acero 316L.

Tabla 2: Potencial de abandono estimado para las [Cu2+] respecto al electrodo de Cobre.

Donde se ve que el electrodo de acero tiene potenciales de abandono superiores a los de cobre en la solución, por lo que, según el tipo de electrodo auxiliar a utilizar, este repercute de manera dispar en la oxidación y reducción, que ocurren dentro de la celda electrolítica, esto aprecia en la oxidación del electrodo de cobre en cierto rango del barrido, y también en los gráficos de potenciales más altos en los aceros. Todo esto se puede ver en resultados y discusiones (pág.10).

1. Objetivos

Con el fin de obtener datos certeros que ratifiquen la correcta interpretación de gráficos, en el presente laboratorio se plantearon diversos objetivos para asegurar la correcta realización de la experiencia, estos objetivos son:

• Medir el potencial de abandono de una celda electrolítica e interpretar su significado físico,

,,.para su posterior lectura a través del software utilizado, mediante gráficos.

• Medir los potenciales de equilibrio de una celda electrolítica e interpretar el significado físico de los resultados obtenidos utilizando gráficos.
• Obtener las curvas de polarización en sistemas Cu2+/Cu bajo ciertos parámetros designados y técnicas electroquímicas anteriormente mencionadas (potencial de abandono y voltametría lineal)
• Interpretar el efecto por medio de distintas concentraciones de Cu2+ en como varia la cinética de la reacción comparando por medio de la lectura de gráficos obtenidos en el software.
• Utilizar y conocer una estación de trabajo electroquímica que nos permite realizar todas las pruebas y estudios anteriormente mencionados.

1. Introducción

Fundamentos teóricos

La electroquímica es una rama de la química que estudia la transformación entre la energía eléctrica y química. Estos procesos químicos son producto de la transferencia de electrones, representados por las reacciones redox (oxidación-reducción), donde una reacción química espontanea se convierte en electricidad o se utiliza energía eléctrica para inducir una reacción química. Por lo tanto, una reacción electroquímica está dada por:

𝑂𝑥 + 𝑛𝑒− ⇄ 𝑅𝑒𝑑        Ec. 1

Estas reacciones ocurren en una celda electroquímica, la celda electroquímica es un dispositivo que consta de dos electrodos conectados y sumergidos en una disolución, un puente salino y un voltímetro que mide la tensión de la corriente eléctrica. El electrodo donde ocurre la reacción de reducción se denomina cátodo, mientras que el dónde ocurre la reacción de oxidación se denomina ánodo.

Para calcular los cambios de potencial utilizamos la ecuación de Nernst:

∆E = ∆E° − 𝑅𝑇 ln ( 𝑂𝑥 )        Ec. 2[pic 5][pic 6]

𝑛𝐹        𝑅𝑒𝑑

Donde ∆𝐸 es el potencial de electrodo, ∆𝐸° potencial en condiciones estándar, 𝑅 constante de los gases ideales, 𝑇 temperatura absoluta (Kelvin), 𝐹 constante de Faraday, 𝑛 número de electrones intercambiados, [𝑂𝑥] concentración especie oxidada y [𝑅𝑒𝑑] concentración especie reducida

Polarización del sistema

La termodinámica solo nos muestra información sobre sistemas en equilibrio, si le imponemos una cierta intensidad de corriente al electrodo la tensión medida E, será diferente a la tensión de abandono (tensión a corriente nula). Bajo estas condiciones, logradas gracias a un cambio de energía por la aplicación de un sobrepotencial, se dice que el electrodo se ha polarizado. El valor de polarización se expresa como:

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