Electrolisis del agua. Relación corriente Vs tiempo en la electrolisis del ácido sulfúrico

...

Tabla N° 2. Datos obtenidos de la electrolisis del ácido sulfúrico 2M

con H2SO4

tiempo (s)

corriente (mA)

0

42,2

60

42,8

90

41,8

120

39,3

150

36,4

180

30,0

210

33,2

240

27,0

270

24,9

300

22,1

330

22,0

360

20,4

390

19,9

420

18,3

450

19,0

480

17,5

510

16,6

540

16,3

570

18,7

600

17,7

630

19,7

660

19,9

690

17,3

720

16,4

750

16,0

Promedio corriente mA: 24,616

Grafica N°1. Relación corriente Vs tiempo en la electrolisis del agua

[pic 3]

Grafica N° 2. Relación corriente Vs tiempo en la electrolisis del ácido sulfúrico

[pic 4]

Al observar las gráficas 1 y 2 concluimos que a medida de que aumenta el tiempo disminuye la corriente. Para el caso de la electrolisis del agua esto se debe a que lleva a cabo la siguiente reacción 2H2O → O2 + 2H2, bajo la acción de una diferencia de corriente de algunos mA, produciéndose así en el cátodo la liberación de electrones que descomponen el agua de acuerdo a la reacción de reducción: 2H2O+2e- →H2+2OH- y en el ánodo, las moléculas del agua experimentan la reacción de oxidación siguiente: 2H2O → O2 + 2H2, es decir que en la reacción se produce dos veces más de hidrógeno diatómico que de oxigéno diatómico, por lo tanto según la ley de Avogadro se justifica que el volumen de gas en la probeta de la izquierda (H2) es dos veces más importante que el volumen de gas recuperado en la probeta de la derecha (O2). Además podemos observar que se necesitó de un tiempo de 2430 segundos para producir 4 mL de H2, es decir tres veces más tiempo que la reacción de electrolisis de ácido sulfúrico.

En el caso de la electrolisis del ácido sulfúrico (grafica N° 2) se puede observar con mayor claridad la disminución de la corriente Vs el tiempo, llevándose la reacción de manera más rápida, empleando tan solo 750 segundos y liberando 4 mL de H2, además para que ocurra este proceso es necesario de que en el cátodo se produzca la siguiente reacción: 2H+ +2e- →H2 (g), donde los iones hidrógeno se descargan y reducen, produciendo gas hidrógeno, mientras que en el ánodo se lleva a cabo la oxidación: 2OH- ½ + O2 → H2O + 2e-, teniendo solo cationes H+ , provenientes en su mayor parte de la disociación del ácido y, en menor medida, producidos por el agua, por otra parte hay en la solución dos tipos de aniones, OH- y SO42-. Estos últimos son los más abundantes y, al moverse hacia el ánodo, transportan la corriente eléctrica a través de la solución. Sin embargo son los OH- , que tienen el potencial de oxidación más positivo (potencial de reducción menos negativo), los que se descargan, oxidándose y desprendiendo oxígeno en el ánodo.

- Cálculos:

- Para la realización de la suma de Riemann fue necesario ejecutar el siguiente cálculo para cada una de las corrientes medidas durante la electrolisis del agua y del ácido sulfúrico 2M. [pic 5]

[pic 6]

0,684+0,585 +0,534+ 0,504 + 0,504 +0,459 + 0,462 + 0,453 + 0,429 + 0,417 + 0,414 + 0,417 + 0,414 + 0,405 + 0,405 + 0,393 + 0,396 + 0,39 + 0,387 + 0,384 + 0,375 + 0,372 + 0,372 + 0,369 + 0,366 + 0,366 + 0,363 + 0,366 + 0,363 + 0,363 + 0,36 + 0,363 + 0,366 + 0,366 + 0,36 + 0,363 + 0,366 + 0,366 + 0,36 + 0,363 + 0,363 + 0,363 + 0,366 + 0,36 + 0,36 + 0,363 + 0,366 + 0,366 + 0,363 + 0,36 + 0,363 + 0,354 + 0,33 + 0,372 + 0,357 + 0,357 + 0,36 + 0,357 + 0,354 + 0,363 + 0,354 + 0,357 + 0,351 + 0,354 + 0,351 + 0,321 + 0,324 + 0,354 + 0,336 + 0,354 + 0,339 + 0,336 + 0,36 + 0,348 + 0,339 + 0,324 + 0,318 + 0,291 + 0,33 + 0,411 + 0,501 + 0,363 =30,753C[pic 7]

Q total electrolisis de H2SO4 2 M=∑1,266 + 1,284 + 1,254 + 1,179 + 1,092 + 0,9 + 0,996 + 0,81 + 0,747 + 0,663 + 0,66 + 0,612 + 0,597 + 0,549 + 0,57 + 0,525 + 0,498 + 0,489 + 0,561 + 0,531 + 0,591 + 0,597 +0,519 + 0,492 + 0,48 = 18,462 C

Calculo de constantes

- Constante de Faraday

Para determinar esta constante tanto en la electrolisis del ácido sulfúrico y el agua, es importante conocer el volumen desplazado por el gas H2 producto de la electrolisis, para determinar la altura del volumen desplazado de agua en mmHg se usa la ecuación 1,1

[pic