UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA
FACULTAD DEINGENIERIA CIVIL
TEMA:LEYES DE FARADAY, APLICACIONES INDUSTRIALESDE LA
ELECTROLISIS, CELDAS GALVANICASDOCENTE:VERGARA LOVERA,
DANIELCURSO:QUIMICA APLICADACICLO:I A ALUMNO: ANTONIO MELGAR,
CONCEPCION WALTER
ICA- 2014
DEDICATORIAA Dios, por ser nuestro creador, amparo y fortaleza,
cuando ms lo necesitamos, y por hacer palpable su amor a travs de
cada uno de los que nos rode.A nuestros padres, amigos, y
profesores, que sin esperar nada a cambio, han sido pilares en
nuestro camino y as, forman parte de este logro que nos habr
puertas inimaginables en nuestro desarrollo profesional.
INTRODUCCIN
El hombre, a lo largo de su existencia, ha sentido curiosidad
por conocer el mundo que le rodea y ha pretendido dar explicaciones
a una serie de interrogantes, que le han surgido de su contacto
directo o indirecto con las cosas, hechos y fenmenos que la
naturaleza le presenta. Gran parte de las explicaciones que ha dado
se fundan en supuestos, creencias y generalizaciones que son
aceptadas por razones de autoridad, experiencia, o de fe, sin
crtica o razonamiento que sustente su veracidad.
INDICE
PAGINAS1. DEDICATORIA 22. INTRODUCCIN33. LEYES DE FARADAY54.
CONCEPTOS 65. PRIMERA LEY DE FARADAY 76. SEGUNDA LEY DE FARADAY87.
APLICACIONES INDUSTRIALES DE LA ELECTROLISIS 118. CELDA GALVANICA
149. COMO FUNCIONA UNA CELDA GALVANICA1510. FUERZA ELECTROMOTRIZ DE
LAS PILAS 1611. REFERENCIA BIBLIOGRAFICA 17
LEYES DE FARADAYLas leyes de Faraday de la electrolisis expresan
relaciones cuantitativas basadas en las investigaciones
electroqumicas publicadas por Michael Faraday en 1934.Michael
Faraday,FRS, (Newington,22 de septiembrede1791-Londres,25 de
agostode1867) fue unfsicoyqumicobritnico que estudi
elelectromagnetismoy laelectroqumica.Fue discpulo del qumicoHumphry
Davy, y ha sido conocido principalmente por su descubrimiento de
lainduccin electromagntica, que ha permitido la construccin
degeneradoresymotores elctricos, y de las leyes de la electrlisis,
por lo que es considerado como el verdadero fundador
delelectromagnetismoy de laelectroqumica.En1831traz elcampo
magnticoalrededor de un conductor por el que circula unacorriente
elctrica(ya descubierta por Oersted), y ese mismo ao descubri
lainduccin electromagntica, demostr la induccin de una corriente
elctrica por otra, e introdujo el concepto de lneas de fuerza, para
representar los campos magnticos. Durante este mismo periodo,
investig sobre laelectrlisisy descubri lasdos leyes fundamentales
que llevan su nombre:Con sus investigaciones se dio un paso
fundamental en el desarrollo de la electricidad al establecer que
el magnetismo produce electricidad a travs del movimiento.
CONCEPTOSLos siguientes conceptos son referidos a la corriente
elctrica necesarios para comprender el significado de las leyes de
Faraday:1)La cantidad de electrones (electricidad) que circulan por
un conductor se mide enCoulomb.q = carga [q] = coulomb2)La
intensidad de la corriente (caudal de electrones) expresa la
cantidad de electricidad que circula por un conductor por unidad de
tiempo. La intensidad de la corriente se mide enAmperes.i = q/t q =
i.t [i] = A3)Cuando una fuente fuerza a los electrones a circular
por un conductor, se presenta una resistencia al flujo de corriente
y se produce una cada de potencial. La resistencia elctrica se mide
enOhms, y la diferencia de potencial enVoltios.E = i.R [E] = V y
[R] = ohm
PRIMERA LEY DE FARADAYLa masa de un elemento depositada en un
electrodo es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa a
travs de la solucin del electrlito o del electrlito fundido.m = K.
q m = K.I.t m = Masa de la sustancia alterada y debe estar en
gramos (g) K = Equivalente electroqumico por cada 96 500 coulombs
(g/Coulomb) q = Cantidad de Electricidad en Coulomb (C).EN DONDE: t
= tiempo en segundos (s). I = Intensidad de Corriente en amperes
(A). F = Faradio 96500 C/mol, ya que un Faraday es la cantidad
necesaria para liberar un equivalente qumico de cualquier elemento,
1F equivalente de 96500 coulomb.Ejemplo 01. Una corriente de 4 A
circula durante una hora y diez minutos a travs de dos clulas
electrolticas que contienen sulfato de cobre (II) y cloruro de
aluminio. Calcula los gramos de cobre y de aluminio que se
depositaran en dichas clulas. Solucin:Buscamos la masa atmica y
valencia de cada elemento de Cada ElementoCu = 63.54 g/mol Al =
26.9815 g/mol Cu = +2e- Al = +3e-Obtenemos entonces, el peso
equivalente del cobre y el aluminio:
Y finalmente aplicamos la Primera Ley de Faraday para encontrar
los dos resultados:
SEGUNDA LEY DE FARADAYLas masas de distinto elementos que se
depositan en los electrodos por una misma cantidad de electricidad
son directamente proporcionales a sus equivalentes qumicos.
Donde: m = Masa de cada sustancia depositada en los electrodos
(g). E = Peso Equivalente (g/mol).Ejemplo 2. Dos pilas
electrolticas se colocaron en serie; una contena una solucin de
nitrato de plata; la otra, una solucin de sulfato cprico. Se pas
corriente elctrica por las pilas hasta que depositaron 1.273 g de
plata. Calcula la cantidad de cobre que se deposito al mismo
tiempo. SolucinObtenemos entonces, el peso equivalente del cobre y
el aluminio:
Buscamos la masa atmica y valencia de cada elemento de Cada
ElementoAg = 107 .87 g/mol Cu = 63.54 g/molAg= +1e- Cu = +2e-
Y finalmente aplicamos la segunda Ley de Faraday para encontrar
el resultado
Ejercicios Desarrollados1. Qu intensidad debe tener una
corriente para que deposite 85 gramos de calcio en dos horas?
(Datos: Ca = 40 ; F = 96 500 C/mol)Solucin :Usamos la ley de
Faraday:Despejamos la intensidad de la ecuacin anterior:
Sustituimos teniendo en cuenta que las unidades deben estar
expresadas en S.I:
2. Cuanto tiempo llevar el depositarse 100 g de aluminio con una
corriente de 125 amperios? Solucin :La expresin necesaria para
hacer el problema es la ley de Faraday:
dondeIes la intensidad de corriente,tes el tiempo,Mes la masa
atmica del elemento que se reduce,nes el nmero de electrones
necesarios para la reduccin yFes la constante de Faraday.Si
despejamos el tiempo:
3. Para cubrir de oro una pieza de joyera son necesarios 0,045 g
de metal. Calcula el tiempo durante el que una corriente de 3,2 A
debe estar circulando por una cuba electroltica que contiene una
disolucin acuosa de cloruro de oro (III) de concentracin 1,5 M
Datos: Au = 197 ; Cl = 35,5.
Solucin :t = 20,66 s
APLICACIONES INDUSTRIALES DE LA ELECTRLISISLa descomposicin
electroltica es la base de un gran nmero de procesos de extraccin y
fabricacin muy importantes en la industria moderna. Soda Custica:la
soda o sosa custica (un producto qumico importante para la
fabricacin de papel, rayn y pelcula fotogrfica) se produce por la
electrlisis de una disolucin de sal comn en agua. La reaccin
produce cloro y sodio. El sodio reacciona a su vez con el agua de
la pila electroltica produciendo sosa custica. El cloro obtenido se
utiliza en la fabricacin de pasta de madera y papel.
Horno Elctrico:aplicacin industrial importante de la
electrlisis, que se utiliza para la produccin de aluminio, magnesio
y sodio. En este horno, se calienta una carga de sales metlicas
hasta que se funde y se ioniza. A continuacin, se deposita el metal
electrolticamente.
Aluminio: es el elemento metlico ms abundante en la corteza
terrestre. Es un metal poco electronegativo y extremamente
reactivo. Se encuentra normalmente en forma de silicato de aluminio
puro o mezclado con otros metales como sodio, potasio, hierro,
calcio y magnesio, pero nunca como metal libre. La bauxita, un xido
de aluminio hidratado impuro, es la fuente comercial de aluminio y
de sus compuestos.Para la electrlisis del xido de aluminio unido a
la criolita (Na3Al F6) se emplean cubas de hierro recubiertas por
carbn de retorta, que hace de ctodo y nodos de grafito.
Manganeso:El manganeso puro se obtiene por la combustin del dixido
de manganeso (pirolusita) con polvo de aluminio y por la
electrlisis del sulfato de manganeso. Este metal no se da en la
naturaleza en estado puro, pero se encuentra ampliamente
distribuido en todo el mundo en forma de menas. Ocupa el lugar 12
en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre.
Sodio:Slo se presenta en la naturaleza en estado combinado. Se
encuentra en el mar y en los lagos salinos como cloruro de sodio, y
con menor frecuencia como carbonato de sodio y sulfato de sodio. El
sodio comercial se prepara descomponiendo electrolticamente cloruro
de sodio fundido. El sodio ocupa el sptimo lugar en abundancia
entre los elementos de la corteza terrestre. Refinado
Electroltico:estos mtodos se utilizan para refinar el plomo, el
estao, el cobre, el oro y la plata. La ventaja de extraer o refinar
metales por procesos electrolticos es que el metal depositado es de
gran pureza.
Plomo:Una fuente importante de obtencin de plomo son los
materiales de desecho industriales, que se recuperan y funden. El
plomo en bruto suele purificarse removiendo plomo fundido en
presencia de aire. Los xidos de las impurezas metlicas suben a la
superficie y se eliminan. Los grados ms puros de plomo se obtienen
refinando electrolticamente. Estao:El estao ocupa el lugar 49 entre
los elementos de la corteza terrestre. El mineral principal del
estao es el SnO2(casiterita). En la extraccin de estao, primero se
muele y se lava el mineral para quitarle las impurezas, y luego se
calcina para oxidar los sulfuros de hierro y de cobre. Despus de un
segundo lavado, se reduce el mineral con carbono en un horno de
reverbero; el estao fundido se recoge en la parte inferior y se
moldea en bloques conocidos como estao en lingotes. El metal
obtenido se purifica por fusin, liberndolo de su principal
impureza: el hierro, alcanza as una pureza del 90%. Luego se lo
refina electrolticamente.
Cobre:El cobre puede encontrarse en estado puro, frecuentemente
se encuentra agregado con otros metales como el oro, plata, bismuto
y plomo, apareciendo en pequeas partculas en rocas, aunque se han
encontrado masas compactas de hasta 420 toneladas.. Este metal
puede galvanizarse fcilmente como tal o como base para otros
metales. El cobre ocupa el lugar 25 en abundancia entre los
elementos de la corteza terrestre.
CELDA GALVNICALacelda galvnicaocelda voltaica, denominada en
honor deLuigi GalvaniyAlessandro Voltarespectivamente, es unacelda
electroqumicaque obtiene la energa elctrica a partir dereacciones
redoxespontneas que tienen lugar dentro de la misma. Por lo
general, consta de dos metales diferentes conectados por unpuente
salino, o semi-celdas individuales separados por una membrana
porosa. Volta fue el inventor de la pila voltaica, la primera pila
elctrica.En el uso comn, la palabra pila es una celda galvnica nica
y una batera propiamente dicha consta de varias celdas, conectadas
en serie o paralelo.
CMO FUNCIONA UNA CELDA GALVNICA? Una celda galvnica esta formada
por dos semiceldas. Generalmente, una semicelda esta formada por un
electrodo o lmina de un metal sumergido en una solucin salina del
mismo metal.
En la semicelda andica ocurren las oxidaciones, mientras que en
la semicelda catdica ocurren las reducciones. El electrodo andico,
conduce los electrones que son liberados en la reaccin de oxidacin,
hacia los conductores metlicos. Estos conductores elctricos
conducen los electrones y los llevan hasta el electrodo catdico;
los electrones entran as a la semicelda catdica producindose en
ella la reduccin.
FUERZA ELECTROMOTRIZ DE LAS PILAS (FEM)La corriente elctrica
fluye debido a una diferencia de potencial entre los dos
electrodos, llamada fuerza electromotriz (fem, De). Matemticamente,
el potencial de una celda o pila est determinado por: = red ox
Donde: ered : potencial estndar de reduccin eox: potencial
estndar de oxidacin
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
1.
http://www.fisicanet.com.ar/quimica/electrolisis/ap07_electrolisis.php2.
http://es.slideshare.net/DarkYoshi0307/leyes-de-faraday-de-la-electrolisis3.
Celdas Galvnicas Prof. Antonio Huamn4.
http://es.slideshare.net/ELIASNAVARRETE/celda-galvnica5.
http://catedras.quimica.unlp.edu.ar/correlacion/TP/25Electro3Faraday.pdf
fACULTAD DE INGENIERIA CIVIL - UNICA15
