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LEYES DE FARADAY

MIGUEL FARADAY (1791-1867) fue quien nos legó entre otros muchos trabajos científicos, las dos leyes que rigen los fenómenos de electrólisis.

Primera ley de Faraday:

La masa; en gramos, de una sustancia depositada en la electrólisis, es directamente proporcional a la cantidad de electricidad, es decir, a la intensidad y al tiempo.

M= Ee l t

En donde:

M: es la masa depositada en mg.
Ee : es el equivalente electroquímico en mg/coulombio
I: es la intensidad de la corriente en amperios.
t: es el tiempo en segundos.

DISPOSITIVO EXPERIMENTAL: Se colocan dos voltámetros por los que circula una misma intensidad de corriente (fig. siguiente).

Fig. -Dispositivo experimental para estudiar la primera ley de Faraday

Si uno de los voltámetros trabaja el doble tiempo que el otro, el material recolectado en el cátodo será también el doble...

Para un tiempo tres veces mayor, el material depositado será el triple; y así proporcionalmente...

Ahora, si permitimos que por un voltámetro circule doble intensidad que por el otro, el material depositado en el cátodo será también el doble; y si la intensidad es triple, el depósito en el cátodo será también el triple... y así proporcionalmente a la intensidad de la corriente.

Equivalente electroquímico.

Llámase equivalente electroquímico (Ee) de una sustancia, al peso de esta sustancia que se deposita en el cátodo durante 1 segundo cuando circula la intensidad de 1 amperio; o sea cuando la carga eléctrica que pasa sea de 1 coulombio.

Se ha demostrado experimentalmente que, cuando pasa una carga de 96 500 coulombios en una solución electrolítica, se deposita en el cátodo el equivalente químico de cualquier elemento.

Llámase equivalente químico de una sustancia al cociente del peso atómico de dicha sustancia y de su valencia.

El Eq (equivalente químico) es lo mismo que la valencia gramo.

Equivalente electroquímico (Ee)

DISPOSITIVO EXPERIMENTAL: Preparar tres voltámetros en serie que contengan, uno agua acidulada, otro nitrato de plata, y el tercero sulfato de cobre como electrolitos ( ver figura siguiente )

Fig. -Dispositivo experimental para estudiar la segunda ley de Faraday.

Por cada miligramo de hidrógeno liberado en el primer voltámetro, en el segundo se depositarán 108 miligramos de plata; y 31,8 miligramos de cobre en el tercero.

Si se hacen circular 96 500 coulombios, los pesos depositados serán: 1,008g de H; 108 g de Ag y 31,8 g de Cu.

Los resultados de este experimento concuerdan con la

Segunda ley de Faraday:

Cuando una misma comente atraviesa distintos electrolitos los pesos de las distintas sustancias liberadas son proporcionales a sus equivalentes químicos.

AMPERIO INTERNACIONAL

El Ee (equivalente electroquímico) de la plata se eligió para la definición del amperio internacional.

Según esto, el amperio es la intensidad de una corriente eléctrica que por segundo deposita 1,118 mg de plata en una disolución de nitrato de plata. (figura siguiente )

Fig. -Amperio internacional.

Esta definición del amperio que es obsoleta, ha sido sustituida por la siguiente (sistema M K S A): El amperio es la intensidad de una corriente constante que mantenida en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular ínfima, y colocados a una distancia de 1 metro uno de otro, en el vacío, produce entre estos conductores, una fuerza de 2 X 10-7 newtones por metro de longitud.

Carga elemental de la electricidad.

La menor cantidad eléctrica negativa es el electrón. Siempre que un átomo se ioniza, gana o pierde uno o varios electrones.

Un átomo gramo contiene 6,06 x 1023 átomos reales (número de Avogrado). Si se trata de un átomo monovalente con carga negativa, un átomo-gramo contendrá 6,06 X 1023 electrones, que suman una carga de 96 500 coulombios.

Por consiguiente, la carga de 1 electrón será:

Aplicaciones de la electrólisis .

El fenómeno de la electrólisis tiene muchas aplicaciones en la industria:

a) Obtención de varias sustancias: H, 0, Cl, Na, Na OH... y de metales a partir de sus minerales.

b) Refinación de los metales como el cobre, el aluminio, ...

c) Galvanotegia o sea el recubrimiento de objetos metálicos con un baño de otro metal: cobreado, niquelado, cromado, plateado, dorado. Para realizar estas operaciones se introduce el objeto, haciendo de cátodo, en una disolución de la sal del metal que lo ha de recubrir y se conecta como ánodo una barra del mismo metal. Para que el depósito adhiera hay que operar con lentitud y con corriente muy débil

d) Galvanoplastia, o sea la reproducción de objetos en metal, generalmente en cobre: Se prepara un molde del objeto en cera o gutapercha y se le hace conductor recubriéndole con una capa de grafito o plombagina. Luego se le introduce en el baño electrolítico como polo negativo.

e) Papel buscapolos: Sirve para determinar el polo negativo de un generador eléctrico. Se disponen los dos polos sobre el papel previamente humedecido, y a corta distancia el uno del otro. El papel se enrojece en el polo negativo. El papel buscapolos está impregnado en una disolución de Cl Na y fenolftaleína. El Na puesto en libertad en el polo negativo forma con el agua, Na OH que es una base que enrojece la fenolftaleína:

Fenómenos de polarización.

De acuerdo al esquema se prepara el siguiente circuito (figura siguiente): Un voltámetro que contiene una solución diluida de ácido sulfúrico. Como electrodos se emplean dos placas de plomo. Se conecta en serie con una batería de acumuladores B, un amperímetro A, un reóstato R y un interruptor Ll.

Fig. -Fenómenos de polarización.

Se cierra el interruptor Ll.

Inmediatamente una corriente circula, que parte del + de la batería B, atraviesa el reóstato R, llega a la placa de plomo +, atraviesa el electrolito por la placa - de plomo y pasando por el amperímetro A retorna a la batería por el borne -.

Simultáneamente a esta circulación de la corriente se produce una reacción química en el voltámetro.

El electrodo positivo toma una coloración gris parduzca debido a la formación de un óxido de plomo; el negativo queda rodeado por burbujas de H y se vuelve gris debido a la reducción producida por el hidrógeno.

Los dos electrodos de plomo, idénticos al comienzo, aparecen completamente diferentes.

Si se desconecta la batería y el reóstato y se deja el amperímetro directamente conectado al voltámetro, el instrumento señala:

-Una corriente que circula en sentido contrario.

-Esta corriente existe en tanto los electrodos permanecen diferentes.

Este experimento enseña que:

-El voltámetro se comporta como un generador de corriente.

Este fenómeno se reconoce con el nombre de polarización de los electrodos ya que efectivamente son éstos los que cambian.

Esta diferencia o disimetría de los electrodos origina una f.e.m. Los bornes del voltámetro se transforman en los polos de una fuente; de allí el nombre de polarización.

La polarización se origina en la disimetría de los electrodos

Del anterior experimento hay que hacer resaltar dos fenómenos:

a) En primer lugar se produce una reacción química en los electrodos: La energía eléctrica se transforma en energía química. Mientras esta transformación se desarrolla, los electrodos de plomo se vuelven diferentes o disimétricos.

b) Esta disimetría origina una tensión que actúa en sentido contrario a la de la batería, oponiéndose por consiguiente a la corriente de ésta.

La tensión que se opone al paso de la corriente se llama fuerza contraelectromotriz (f.c.e.m.).

Esta fuerza c.e.m. puede servir de f.e.m. durante un corto período, cuando al voltámetro se lo conecta como generador (figura siguiente). En el caso estudiado: los electrodos al comienzo fueron simétricos; el paso de la corriente externa les volvió disimétricos.

Fig. -El voltámetro puede actuar como generador.

Esta disimetría artificial originó una f.e.m. Se puede afirmar que dicha disimetría en los electrodos es el origen de la polarización.

Dispositivo experimental

Según el esquema de la figura siguiente se conecta el circuito: Una lámina de cobre, otra de zinc; las dos dentro de una solución de ácido sulfúrico diluido y el todo conectado con un amperímetro, en serie con un reóstato.

El instrumento acusa enseguida una corriente al mismo tiempo que aparece una reacción química: en la lámina de cobre burbujea el hidrógeno en tanto que la de zinc es carcomida lentamente.

Fig. -Dispositivo experimental para el estudio de la polarización.

La f.e.m presente ahora es originada directamente por la disimetría de los electrodos en el líquido electrolítico.

 

 

 

 

 

 

 
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