LAB 8 - Construcción de una pila química

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CONSTRUCCIÓN DE UNA PILA QUÍMICA
Carlos David Vallejo - Código: 101717021328
Claudia Marcela Hurtado Franco - Código: 101718020740
Daniela Garzon Arturo - Código:101719020908
Carlos Eduardo Ordoñez Gomez - Codigo: 101719011464
Prof. Camilo Sanchez Ferreira
10 de noviembre de 2022
1. OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL: Aprender sobre el funcionamiento de una pila
electroquímica.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
- Construir una pila electroquímica.
- Establecer la dependencia que existe entre los electrodos para cada par de
materiales utilizados.
2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
Electrolito: Es una sustancia que contiene iones libres, los que se comportan como un
medio conductor eléctrico. Debido a que generalmente consiste de iones en solución,
los electrólitos también son conocidos como soluciones iónicas. Comúnmente, los
electrólitos existen como soluciones de ácidos, bases o sales.
Las soluciones de electrólitos se forman, por ejemplo, cuando una sal se coloca en un
disolvente como el agua, y los componentes individuales se disocian debido a las
interacciones entre las moléculas del solvente y el soluto. [1]
Cobre: Es un metal de color rojizo, que presenta una conductividad eléctrica y térmica
muy alta, sólo superada por la conductividad térmica del oro y la conductividad eléctrica
de la plata.
El plomo Es un metal pesado, de color azuloso, que se empaña para adquirir un color
gris mate. Es flexible, inelástico y se funde con facilidad a 327.4ºC. Es relativamente
resistente al ataque de ácido sulfúrico y ácido clorhídrico. Presenta una baja resistencia
a la tracción y es un mal conductor de la electricidad. [2]
Aluminio: El aluminio es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Se
trata de un metal no ferromagnético. Es el tercer elemento más común encontrado en
la corteza terrestre y es buen conductor de la electricidad y del calor.
Grafito: Es una de las formas alotrópicas en las que se puede presentar el carbono en
la naturaleza. Otras formas son el diamante, la chaoita y la lonsdaleíta. El grafito es de
color negro y gris con brillo metálico y en la dirección perpendicular a las capas
presenta una conductividad de la electricidad baja, que aumenta con la temperatura,
comportándose pues como un semiconductor. [3]
Hierro: El hierro es un elemento químico de número atómico 26 y peso atómico igual a
55.847 u.m.a. Se representa con el símbolo Fe en la Tabla Periódica, es un metal
denso y duro, pero a la vez maleable. Respecto a otros metales, el hierro no conduce
https://es.wikipedia.org/wiki/Elemento_qu%C3%ADmico
https://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_at%C3%B3mico
https://es.wikipedia.org/wiki/Metal
https://es.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetismo
https://es.wikipedia.org/wiki/Corteza_terrestre
https://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad
https://es.wikipedia.org/wiki/Calor
https://es.wikipedia.org/wiki/Carbono
https://es.wikipedia.org/wiki/Diamante
https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Chaoita&action=edit&redlink=1
https://es.wikipedia.org/wiki/Lonsdale%C3%ADta
https://es.wikipedia.org/wiki/Perpendicularidad
https://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_el%C3%A9ctrica
https://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura
https://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor
https://humanidades.com/elementos-quimicos/
muy bien la corriente eléctrica, por lo que no es usado para fabricar cables o
dispositivos eléctricos. [4]
Fuerza Electromotriz: Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía
proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica.
Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o
polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o
impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado. [5]
3. MONTAJE EXPERIMENTAL
3.1. MATERIALES:
En este laboratorio se realizaron tres montajes experimentales para los cuales se
utilizaron los siguientes materiales:
● 350 ml de jugos naturales ácidos como limón, naranja y tomate de árbol.
● 5 electrodos de diferentes materiales (cobre, plomo, aluminio, hierro, grafito).
● Cubeta.
● Multímetro.
3.2. PROCEDIMIENTO:
Al haber tenido e identificado los materiales anteriormente mencionados se procedió a:
a) Instalar los electrodos en la cubeta, de tal manera que para cada par de
electrodos se mantuviera la misma distancia entre sí.
b) Agregar 350 ml de uno de los jugos a la cubeta.
c) Fijar el terminal positivo del multímetro a uno de los electrodos, de modo que,
éste se mantuviera en la misma posición para todas las combinaciones por
pares de los electrodos. Como se observa en la Tabla 1, el terminal positivo se
fijó en el punto A.
d) Anotar para su respectiva combinación, la diferencia de potencial marcada por el
multímetro.
e) Vaciar la cubeta, lavar todos los implementos utilizados y secar bien, para
emplearlos nuevamente con un jugo diferente.
El procedimiento anterior se realizó para cada jugo, en este caso, limón, naranja y
tomate de árbol, una vez hecho esto, se procedió a mezclar dichos jugos, es decir,
limon con naranja, naranja con tomate de árbol y limón con tomate, repitiendo los ítems
c), d) y e) para el anterior procedimiento.
Imagen 1. Montaje experimental y materiales
https://humanidades.com/electricidad/
4. RESULTADOS
Con el procedimiento anteriormente mencionado y teniendo en cuenta que el jugo 1
corresponde al zumo de limón, el jugo dos corresponde al zumo de naranja y que el
jugo 3 corresponde a el zumo de tomate de árbol; se obtuvieron los siguientes
resultados:
Tabla 1. Diferencia de potencial para cada par de electrodos.
Material
Electrodo
A
Polaridad
Multímetro
(+/-)
Material
Electrodo
B
Polaridad
Multímetro
(+/-)
Diferencia de Potencial (V) (±0.01V)
Separados Combinados
Jugo
1:
Jugo
2:
Jugo
3:
Jugo
1 y 2
Jugo
1 y 3
Jugo
2 y 3
Grafito + Cobre - 0.16 0.17 0.15 0.13 0.16 0.17
Grafito + Aluminio - 0.62 0.57 0.65 0.59 0.61 0.61
Grafito + Plomo - 0.60 0.58 0.57 0.55 0.57 0.58
Grafito + Hierro - 0.63 0.64 0.63 0.59 0.64 0.66
Hierro + Plomo - -0.01 -0.05 -0.04 -0.02 -0.05 -0.05
Hierro + Cobre - -0.46 -0.48 -0.44 -0.46 -0.47 -0.46
Hierro + Aluminio - -0.02 -0.09 -0.12 -0.02 -0.02 -0.04
Aluminio + Plomo - 0.02 0.04 -0.03 0.01 -0.05 Inest
Aluminio + Cobre - -0.37 -0.32 -0.43 -0.39 -0.47 -0.43
Cobre + Plomo - 0.39 0.35 0.41 0.38 0.40 0.41
Teniendo en cuenta que las baterías son dispositivos que almacenan energía eléctrica
en forma química y la liberan después como corriente continua de forma controlada a
partir de la reacción que se produce cuando dos materiales diferentes como los de las
placas positiva y negativa son sumergidos en un electrolito. El principio fundamental de
una batería consiste en las reacciones de oxidación-reducción (redox) de ciertas
sustancias químicas, una de las cuales pierde electrones (se oxida) mientras la otra
gana electrones (se reduce), pudiendo retornar a su configuración inicial dadas las
condiciones necesarias: la aplicación de electricidad (carga) o el cierre del circuito
(descarga).
En este laboratorio para determinar el funcionamiento de una pila electroquímica se
usó como electrolitos los 3 jugos de diferentes frutas ácidas y se observa que el voltaje
varía dependiendo del tipo de material de las placas, se pensó que, posiblemente el
voltaje cambiaria según la acidez de cada electrolito, ya que, se supone que entre
mayor sea la concentración de acidez será mayor la circulación de iones y por ende
habría un mayor voltaje, lo cual en esta práctica no se evidencio dado que los datos
obtenidos de la diferencia de potencial fueron muy similares, tanto para cada jugó
como para la mezcla entre ellos.
https://concepto.de/reacciones-redox/
https://concepto.de/sustancias-quimicas/
https://concepto.de/electron/
https://concepto.de/electricidad-2/
Notablemente, el material con el cual hubo un mayor voltaje fue cuando el grafito
estuvo en el polo positivo superando los 0.50V, exceptuando su combinación con el
cobre, a pesar de ser el cobre un material con una altaconductividad eléctrica. La
combinación con la cual se obtuvo un mayor voltaje fue del tomate de árbol con las
placas de grafito y aluminio.
Particularmente se presentaron problemas en la toma de voltaje entre el aluminio y el
plomo, esto posiblemente a que a pesar del aluminio ser un buen conductor de
electricidad, el plomo, por el contrario no lo es, se obtuvieron voltajes bajos y muy
inestables, de forma, que al analizar la mezcla del jugo de naranja y el tomate de árbol,
el multímetro marcaba valores aleatorios, se intentó obtener un mejor resultado
cambiando la escala a una menor pensando que sería más factible, pero se siguió
presentando la misma inestabilidad, en consecuencia no se pudo determinar la
diferencia de potencial en esta mezcla con estos dos materiales.
En la toma de datos experimentales se obtuvieron voltajes negativos y posiblemente
esto fue debido a que si la diferencia de potencial es negativa, el punto a donde llega la
carga es menor que el punto de donde salió.
Así como se evidenció el funcionamiento de una pila electroquímica, podemos hacer un
paralelo con la llamada “primera pila de la historia” la batería (pila) de Bagdad, la cual
estaba hecha de arcilla, medía aproximadamente 14 cm de alto y 4 cm de diámetro, en
su interior tenía un cilindro de cobre fijado con asfalto a la embocadura del cuello y
dentro del cilindro, una vara de hierro. Se cree que el espacio entre el cilindro de cobre
y las paredes del jarrón se llenaba de algún líquido electrolito, que permitía la reacción
electroquímica. El hallazgo de estas baterías fue en 1936, en Kujut Rabua, una aldea
cercana a Bagdad (Irak), los trabajadores del Departamento Estatal Iraquí del
Ferrocarril encontraron una vieja tumba durante unas excavaciones. En su interior se
encontraron 613 abalorios, figuras de arcilla y otras piezas, entre las cuales se
encontraban los jarrones. En 1939, el arqueólogo Wilhelm König, a cargo del
Laboratorio del Museo estatal de Bagdad fue el primero en identificarlo como una pila
eléctrica. Para llegar a esa conclusión lo llenó de un líquido electrolito, lo conectó a una
lámpara, y aunque de forma muy débil, ésta se encendió.[6]
5. CONCLUSIONES
● Se comprobó que la diferencia de potencial o voltaje de nuestra pila química es
afectada en general por el proceso que se realizó, mayormente por los
materiales que utilizamos, ya que, para algunas parejas de materiales la
diferencia de potencial era más alta que para otras.
● Se evidencio que la diferencia de potencial proviene de las reacciones químicas
producidas entre los electrolitos y los diferentes electrodos.
● Se aprendió la construcción y el funcionamiento de una pila química.
● De los resultados, se observó que el material con el cual hubo un mayor voltaje
fue con el grafito en el polo positivo, en su combinación con el aluminio, cobre y
hierro.
6. WEBGRAFÍA
[1]https://www.eventos.cch.unam.mx/congresosimposioestrategias/memorias/13Simpo
sio/archivos/2011%20comp%20sim%2024.pdf
[2]https://prtr-es.es/Cu-Cobre-y-compuestos,15607,11,2007.html#:~:text=El%20cobre%
20es%20un%20metal,conductividad%20el%C3%A9ctrica%20de%20la%20plata.
[3]https://es.wikipedia.org/wiki/
[4]https://humanidades.com/hierro/#ixzz7k6Dy1Ud7
[5]https://www.ecured.cu/Fuerza_Electromotriz
[6] https://www.holaluz.com/blog/electricidad-prehistorica-la-bateria-de-bagdad/
https://www.eventos.cch.unam.mx/congresosimposioestrategias/memorias/13Simposio/archivos/2011%20comp%20sim%2024.pdf
https://www.eventos.cch.unam.mx/congresosimposioestrategias/memorias/13Simposio/archivos/2011%20comp%20sim%2024.pdf
https://prtr-es.es/Cu-Cobre-y-compuestos,15607,11,2007.html#:~:text=El%20cobre%20es%20un%20metal,conductividad%20el%C3%A9ctrica%20de%20la%20plata
https://prtr-es.es/Cu-Cobre-y-compuestos,15607,11,2007.html#:~:text=El%20cobre%20es%20un%20metal,conductividad%20el%C3%A9ctrica%20de%20la%20plata
https://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio
https://humanidades.com/hierro/#ixzz7k6Dy1Ud7
https://www.ecured.cu/Fuerza_Electromotriz
https://www.holaluz.com/blog/electricidad-prehistorica-la-bateria-de-bagdad/