Termodinamica

Objetivo.

Conocer la importancia de los potenciales termodinámicos, así como su interpretación física y su aplicación en una reacción oxido reducción de desplazamiento.

Problema.

Determinar experimentalmente los potenciales termodinámicos (∆Hºr, ∆Gºr y ∆Sºr) a 298.15 K 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.

Introducción.

Reacciones de Oxido-Reducción.

Una reacción de óxido-reducción es aquella reacción en la que existe un traspaso de electrones de una especie química a otra. Existen diferentes tipos de esta reacción, entre los que se encuentran:

Descomposición

Combinación

Combustión

Dismutación

En una reacción de desplazamiento, un ion o átomo de un compuesto se remplaza por un ion o átomo de otro elemento:

A + BC → AC + B

Celda electroquímica ó pila.

Una celda electroquímica o pila es un dispositivo experimental que transforma la energía química de una reacción redox espontánea, en energía eléctrica. Una pila está constituida por un electrodo positivo (ánodo) y otro negativo (cátodo), los cuales están hechos de diferentes tipos de sustancias como Hg, Ni, Cd y Pb (altamente tóxicas),o Zn y Ag, dependiendo del tipo de pila. Un tercer componente importante es el electrolito, el cual es una sustancia (en disolución, en fase sólida o semisólida) que puede conducir la electricidad.

Existen diferentes tipos de pilas (dependiendo de sus componentes) pero la que nos interesa en esta práctica es la pila de óxido plata-zinc.

Esta pila presenta una reacción de óxido-reducción entre el óxido de plata y el zinc para producir electricidad. La reacción esta modelada de la siguiente manera:

AG2O (S) + ZN (S) → 2 AG (S) + ZNO (S)

Y para este proceso podemos observar dos semireacciones:

Cátodo

Ag2O (s) + H2O (l) + 2e− → 2 Ag (s) + 2 OH

Ánodo

Zn (s) + 2 OH−→ ZnO (s) + H2O (l) + 2e−

Esta pila tiene una gran cantidad de aplicaciones domesticas entre las que podemos mencionar el reloj de mano, marcapasos, calculadoras, cámaras y demás aparatos electrónicos. Las fuerzas armadas de los Estados Unidos los utilizan en sus submarinos y la NASA los ha utilizado en tecnología aeroespacial.

En el interior de la pila podemos encontrar una gran cantidad de procesos que se llevan a cabo, entre ellos está la realización de un trabajo y un potencial, ambos eléctricos.

Material, equipo y reactivos empleados.

1 termómetro digital.

1 multímetro digital.

1 controlador de inmersión de temperatura.

1 vaso de precipitados de 100 mL.

2 soportes universales.

1 pinza de tres dedos.

1 gradilla.

1 pila comercial Ag2O-Zn de 1.55 V.

1 portapilas.

Dos cables de conexión de banana (rojo y negro).

Aceite de nujol.

Agua.

Hielo.

Procedimiento experimental.

Resultados experimentales.

t (°C) T (K) E° (V) Welec (J/mol) ΔG°r (J/mol)

11.3 284.45 1.5764 -304245.2 -304245.2

15.9 288.15 1.5761 -304187.3 -304187.3

21.1 293.15 1.5756 -304090.8 -304090.8

25.1 298.15 1.5753 -304032.9 -304032.9

32.8 303.15 1.5744 -303859.2 -303859.2

35 308.15 1.5741 -303801.3 -303801.3

38.1 313.15 1.5740 -303782 -303782

W_elec= -qE

Donde: q=nF

F=eN_A=96,500 C/mol

q=nF=(2)(96,500)

W_elec= -qE=-(2)(96,500)(1.5764)= -304245.2

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