Termodinámica de las sales en electro-obtención

...

- Cu2+ + SO4 + 2e → Cu0 + SO4 ΔH°f1 = -15,39 Kcal/mol

- 2H+ + ½ O2 + 2e → H2O ΔH°f2 = -68,31 Kcal/mol

- 2H+ + SO4 → H2SO4 ΔH°f3 = 0

- Cu2+ + SO4 + 2e → Cu0 + SO4 ΔH°f1 = -15,39 Kcal/mol

- H2O → 2H+ + ½ O2 + 2e ΔH°f2 = 68,31 Kcal/mol

- 2H+ + SO4 → H2SO4 ΔH°f3 = 0

[pic 6]

[pic 7]

Se puede determinar que es una reacción endotérmica, debido a que el cobre es un metal noble, y por ende menos estable, para el paso de reactivo a producto se requerirá de mayor energía para producirse.

Energía libre de Gibbs y potencial estándar de reducción

Sabemos que la energía libre de Gibbs determinara si la reacción ocurrirá de forma natural o forzada. Para determinar el valor de la energía libre de Gibbs estándar de la reacción se puede determinar conociendo las energías libres de formación de los reactantes y productos.

[pic 8]

Donde se sabe que:

- ΔG • 0 ⇒ reacción no ocurre

- ΔG = 0 ⇒ reacción en equilibrio

- ΔG • 0 ⇒ reacción espontánea

Para el proceso de electro-obtención del cobre, la reacción no ocurrirá espontáneamente, lo cual es la causa de que se necesita aplicar energía eléctrica, y se demuestra matemáticamente mediante la siguiente diferencia:

[pic 9]

Cu0

0

O2

0

CuSO4

-177,34

H2SO4

-160,1

H2O

-56,69

E.e + CuSO4 + H2O → H2SO4 + ½ O2 + Cu0

-177,34 – (-160,1 – 56,69)[pic 10]

[pic 11]

Lo cual mediante la ecuación que se planteara a continuación se determinara el potencial estándar de reducción. Considerando el signo positivo de la energía libre de Gibbs se espera que el signo del potencial estándar de reducción sea negativo para determinar la espontaneidad de la reacción del sulfato cúprico en solución acuosa.

- ΔG • 0 ⇒ E • 0, reacción no ocurre

- ΔG = 0 ⇒ E = 0, reacción en equilibrio

- ΔG • 0 ⇒ E • 0, reacción espontánea

ΔE°=, Donde n serán los electrones capturados por cada mol de cobre y F la constante de Faraday.[pic 12]

ΔE== -0,86 (V)[pic 13]

Por ende se cumple los criterios de espontaneidad, donde se determina que la reacción ocurre de forma forzada, es decir, no es espontanea.

Ley de Nernst

∆G = 39540 + 1363,66 × log [pic 14]

∆G = 39540 + 1363,66 × [2log [H+]- log [Cu2+]]

∆G = 39540 + 2727,33pH – 1363,66 log [Cu2+]

Si [Cu2+] (1M) ∆G = 39540 + 2727,33pH

Si [Cu2+] (1×10-6) ∆G = 39540 + 2727,33 – 2727,33 log [1×10-6]

∆G = 47722 – 2727,33 pH