Logo Studenta

Transport Number of ion H+

Vista previa del material en texto

Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Química
Laboratorio de Fundamentos de Procesado Electrometalúrgico
Práctica 4. Número de transporte
Alumno: López Reséndiz Luis Antonio
Profesor: Vianey Torres Mendoza
Semestre lectivo: 2017-1
Fecha de entrega: 26/septiembre/2016
Objetivos
Determinar el número de transporte del protón H+ de una disolución de HCl 0.1M por medio del método de frontera móvil.
Procedimiento experimental
Se prepararon 250mL de HCl 0.1M, de esta disolución cada equipo tomó 20mL en un vaso de precipitados y agregó verde de malaquita para tornar la disolución de un verde muy intenso. Más adelante se explicará el motivo de utilizar este indicar.
Después se llenó una pipeta de 0.5mL hasta el ras de la disolución de HCl. Para ello se pipeteó casi hasta el lleno de la pipeta y sin quitar la propipeta se tapó la salida de la parte inferior con parafilm, luego se llenó completamente la pipeta con ayuda de una jeringa con ajuga y se tapó la parte de arriba con parafilm.
Una vez llenando la pipeta se puso de cabeza y se retiró el tapón de parafilm de la parte de abajo para introducir un hilo muy fino de cobre lo más cercano posible a la primer línea de medición, luego se volvió a sellar por la parte de abajo sin quitar el alambre de cobre.
Después de haber puesto el alambre dentro de la pipeta se procedió a retirar el tapón de parafilm de la parte superior y por ese lado se conectó un embudo con ayuda de una manguera látex junto con una barra de grafito.
Se agregó la disolución de HCl con verde de malaquita dentro del embudo de manera que hubiese contacto con el HCl de la pipeta y la barra de grafito, luego la barra de grafito se conectó a una pila que suministró un ∆V constante.
Del lado inferior de la pipeta el alambre de cobre se conectó a una resistencia, la cual a su vez también estaba conectada al lado positivo de la pila descrita en el paso anterior.
Finalmente se conectó un multímetro a la resistencia para medir el voltaje. 
A partir del primer momento en el cual se observó una frontera de otro color como la de la figura 1 se tomó el tiempo y se midió el voltaje cada que dicha frontera se desplazara 0.01mL, es decir que se moviera de una línea a otra. Figura 1. La parte de color verde es la disolución de HCl con verde de malaquita. La parte azul es la frontera descrita en el paso 8 del procedimiento experimental.
Cada línea de la pipeta corresponde a 0.01mL
La figura 2 muestra de mejor forma cómo se montó el experimento
Figura 2. Fotografía del experimento montado en el laboratorio.
Resultados y análisis
Como se mencionó anteriormente, se midió el tiempo y el voltaje en cada etapa en la cual se movía la frontera dentro de la pipeta. Las tablas 1, 2 y 3 muestran los resultados de las mediciones experimentales tomadas por los tres equipos. En la columna de tiempo en segundos se registran los tiempos que tardó la frontera en desplazarse cada 0.01mLTabla 1. Resultados de las mediciones experimentales del equipo 1 con una resistencia de 11.5Ω y un voltaje de 20V provenientes de la pila.
	Volumen desplazado (mL)
	tiempo (seg)
	Voltaje (V)
	0.01
	332
	0.0051
	0.01
	278
	0.0050
	0.01
	255
	0.0048
	0.01
	271
	0.0047
	0.01
	309
	0.0043
Tabla 2. Resultados de las mediciones experimentales del equipo 2 con una resistencia de 10.4Ω y un voltaje de 15V provenientes de la pila.
	Volumen desplazado (mL)
	tiempo (seg)
	Voltaje (V)
	0.01
	386
	0.0039
	0.01
	354
	0.0037
	0.01
	348
	0.0035
	0.01
	368
	0.0033
	0.01
	393
	0.0032
Tabla 3. Resultados de las mediciones experimentales del equipo 3 con una resistencia de 11.7Ω y un voltaje de 14V provenientes de la pila.
	Volumen desplazado (mL)
	tiempo (seg)
	Voltaje (V)
	0.01
	375
	0.0036
	0.01
	413
	0.0034
	0.01
	400
	0.0032
	0.01
	410
	0.0031
Para calcular el número de transporte del ion H+ se utiliza la relación siguiente.
Donde 
 Número de transporte del ion H+ es un número adimensional
 Volumen desplazado en la pipeta en mL
 Concentración del ion H+ en mol/mL
 Constante de Faraday 
 Densidad de corriente que se le incide al sistema expresada en Coulombs (C)
 Tiempo en segundos.
Sin embargo, hay que recordar que la ley de Ohm se utiliza para calcular la densidad de corriente a partir del voltaje (∆V) y de la resistencia. Dichos valores fueron medidos en el laboratorio con ayuda del multímetro digital. Entonces ahora sí se puede utilizar la ecuación 1 para calcular el número de transporte en cada medición experimental para los equipos 1, 2 y 3. 
En la tabla 3 se muestran los resultados del cálculo del número de transporte utilizando la ecuación 1. También se muestra el valor de para los dos casos calculado con ayuda de la ecuación (2). La concentración y el volumen desplazado son valores constantes. Más adelante, en el apéndice 1 se muestra un ejemplo de cálculo del número de transporte.
	
	Equipo 1
	Equipo 2
	Equipo 3
	Medición
	I (A)
	
	I (A)
	
	I (A)
	
	1
	0.00044
	0.66
	0.00037
	0.67
	0.00030
	0.84
	2
	0.00043
	0.80
	0.00035
	0.77
	0.00029
	0.80
	3
	0.00041
	0.91
	0.00033
	0.82
	0.00027
	0.88
	4
	0.00040
	0.87
	0.00031
	0.83
	0.00026
	0.89
	5
	0.00037
	0.84
	0.00030
	0.80
	
	
	
	Promedio
	0.81
	
	0.77
	
	0.85
Tabla 3. Resultados del cálculo del número de transporte para cada etapa en la que la frontera se fue moviendo a través de la pipeta. Se obtuvo un promedio para cada uno de ellos.
Es importante recordar que las mediciones fueron hechas a una temperatura cercana a los 20°C, para ello se compararon los resultados experimentales con otros resultados mostrados en la figura 3.[1: DIGBY D. MACDONALD, AND D. OWEN Transport Numbers for Hydrochloric Acid at Elevated Temperatures. Manitoba. 1972]
Figura 3. Tabla de mediciones experimentales para el número de transporte del ion H+ en el NaCl
Los resultados obtenidos en el laboratorio no se encuentran tan alejados de las mediciones experimentales hechas por Digby, es importante no dejar de lado la idea de que las mediciones se hicieron con otro tipo de instrumentos y equipo de laboratorio, así como a otra temperatura. Incluso es importante considerar que se debería realizar el experimento varias veces para mejorar la trazabilidad de los resultados de las pruebas experimentales así como lo hizo Digby. Por lo tanto el número de transporte para el ion Na+ estará dado por el cual será 0.19, 0.23 y 0.15 para los tres casos
Análisis sobre las figuras 1 y 2 
Dentro de la pipeta hay iones de H+, Cl- y Cu2+ La reacción que ocurren dentro de la pipeta y que es culpable del cambio de coloración que sirvió como indicador cada que la frontera se movía 0.01mL en el experimento es la siguiente:
Cu° 	Cu2+ + 2 e- Reacción de oxidación del Cobre
Siendo el Cu2+ la especie que se va hacia arriba de la pipeta dirigiéndose al cátodo y la culpable de la tonalidad azul de la interfase dentro de la misma. El color azul indica un pH neutro.
Por otro lado el Cl- proveniente del HCl se dirige hacia el ánodo generando un pH básico (parte translúcida de la pipeta) Es entonces el Cu2+ y el Cl- los culpables de la formación del cloruro de cobre presente en la fase de color azul dentro de la pipeta siendo ésta la más densa
Y por supuesto todo lo que estaba teñido de color verde a causa del verde de malaquita es de pH ácido.
Si una especie se oxida otra debe reducirse, dicha especie fue el H+ mediante la siguiente reacción
H+ + 1e- 	½H2
Conclusiones
Conociendo y aplicando un método sencillo se puede conocer el número de transporte de una especie siguiendo las leyes de Faraday de la conductividad, este valor es de gran utilidad para calcular la conductividad de un electrolito o el valor de la movilidad de los iones que lo conforman.
Bibliografía
Daniel C. Harris, Análisis Químico Cuantitativo, 2a.Edición / correspondiente a la 5a. del original, Barcelona, España, Editorial Reverté S.A., 2001.
Bockris, J. O. M. y Reddy, A. K. N., Electroquímica Moderna, Volumen I y II. Barcelona, Editorial Reverte, 1970.
DIGBY D. MACDONALD, AND D. OWEN Transport Numbers for Hydrochloric Acid at Elevated Temperatures. Manitoba. 1972.
Bard, A. J. and Faulkner, L. R., Electrochemical methods: fundamentals and applications, 2nd ed., NY, Wiley, 2001.
Atkins, P.W., Fisicoquímica, 3ª ed. U.S.A., Addison-Wesley Iberoamericana, 1991. 
Levine, I.N., Fisicoquímica, 4 Ed. Vol. I, España, McGraw-Hill, 1996.
Apéndice 1
Ejemplo de cálculo para el número de transporte, suponiendo la medición 1 del equipo uno se tienen los siguientes datos:
 
 
 
 
Donde 	 y 
Por lo tanto 
Entonces utilizando la ecuación (1) y sustituyendo los datos se tiene lo siguiente
Teniendo entonces un valor de 0.66 para el número te transporte del ion H+ en el HCl bajo las condiciones de laboratorio, siendo un número menor a uno y adimensional.

Otros materiales