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Practica 14. Número de Avogadro Bandala Aburto Alan Introducción La electrolisis es la separación de elementos o compuestos de un producto de partida, mediante el paso de una corriente eléctrica continua en una cuba electrolítica. Para que la corriente eléctrica pueda circular, en la cuba electrolítica debe haber iones, para lo cual debe haber un electrolito fundido o disuelto en agua. En el caso de la electrolisis del agua, es tradicional utilizar ácido sulfúrico diluido, o sulfato de sodio diluido, para liberar hidrógeno en el cátodo (polo -) y oxígeno en el ánodo (polo +) respectivamente. Lo mejor es utilizar electrodos de platino. Los electrodos de hierro pueden ser atacados por el oxígeno, con lo que se formará el óxido de hierro y eventualmente el hidróxido, por lo que se contaminará la cuba electrolítica. Tanto el ácido sulfúrico como el sulfato de sodio suministran iones a la cuba que permiten el paso de la corriente. Los iones sodio y sulfato (Na+ y SO4 -2 ) tienen un potencial de reducción y oxidación tales, qué en vez de ellos es el agua quien experimenta la descomposición electrolítica. ▪ Si el anión es menos oxidable que el agua, en el ánodo se oxida el agua: SO4 -2 , NO3 – ▪ Si el catión es menos reducible que el agua, en el cátodo se reduce el agua: Na+ , Ca+ ▪ En los demás casos en el ánodo se oxida el anión de la sal y en cátodo se reduce el catión del electrolito. En química, se denomina número de Avogadro o Constante de Avogadro al número de partículas constituyentes de una sustancia (normalmente átomos o moléculas) que se pueden encontrar en la cantidad de un mol de la sustancia. Es un factor de proporción que pone en relación la masa molar (magnitud física que define la masa de una sustancia por unidad de cantidad de sustancia y se expresa en kg/mol) de una sustancia y la masa presente en una muestra. El valor aceptado de esta constante es de 6,02214087(62) x 10^23 mol-1. En la actualidad se emplea el término Constante de Avogadro en lugar de “número de Avogadro”. La diferencia entre ambos términos es que la constante de Avogadro contiene
unidades de medida y el número de Avogadro es adimensional. Jean Baptiste Perrin inicialmente definió el número de Avogadro como el número de átomos que hay en un mol de hidrógeno (H). Luego se redefinió este valor como el número de átomos que hay en 12 gramos del isótopo carbono-12, y más tarde, se generalizó para relacionar las masas molares con las cantidades de sustancias. Un ejemplo que ayuda a entender esto es: en 1 gramo de hidrógeno hay un aproximado de 6,022 x 10^23 átomos de hidrógeno, mientras que en 12 gramos de carbono-12 hay exactamente la misma cantidad de átomos. Tanto el gramo de hidrógeno, como los 12 gramos de carbono-12 tienen 6,022 x 10^23 átomos, a pesar de que la masa atómica del hidrógeno es 1 uma (unidad de masa atómica) y la del carbono- es 12 uma. Esto resulta fundamental para el conocimiento experimental de la química. Por ejemplo, para generar 1 mol de agua (H 2 O) se combinan 1 mol de oxígeno (6,022 x 1023 átomos) con 2 moles de hidrógeno (2 x 6,022 x 10^23 átomos). Esto, claro, conforme a las mediciones aceptadas por el Sistema Internacional (SI). (Número de Avogadro - Concepto, valor e historia, s. f.) La electrólisis del agua es un proceso a través del cual se consigue descomponer el agua para obtener los dos gases que la componen. Recuerda que el agua está compuesta por 2 átomos de hidrógeno y 1 de oxígeno (H2O). Estos gases, por separado, pueden tener diferentes utilidades, como la de generar oxígeno en la Estación Espacial Internacional o, en el caso del hidrógeno, para producir ciertos productos químicos específicos. La aplicación de una corriente eléctrica continua a través de unos electrodos o de una sencilla batería, hace posible este proceso a través del cual se consigue generar estos gases mediante la descomposición de los elementos del agua. La electricidad consigue separar los elementos que contienen un único tipo de átomo. Este es el efecto que se obtiene como resultado de un proceso aplicado a un recurso natural como es el agua. El término ‘electrólisis’ del agua hace referencia al proceso de separación a través de la electricidad. (La electrólisis del agua como opción para frenar el cambio climático, 2020)
Corriente eléctrica (amperes) 0.071 A Tiempo (segundos) 913.8 s Constante universal de los gases ideales
R =0.
atm. L mol. K Número de moles de hidrógeno. P = Patm − Pvapor PH 2 =0.776 atm −0.026106 atm =0.749 atm n =
P V
R T
n = ( 0.749 atm ) (0.010 L ) (0. atm L mol K
)(295.95 K )
=3.086 x 10 − 4 mol Número de moles de hidrogeno = (^) 3.086 x 10 −^4 mol Número de moles de oxígeno. P = Patm − Pvapor PO 2 =0.776 atm −0.026106 atm =0.749 atm n =
P V
R T
n = ( 0.749 atm ) (0.0046 L ) (0. atm L mol K
)(295.95 K )
=1.4197 x 10 − 4 mol Número de moles de oxígeno = (^) 1.4197 x 10 −^4 mol Número de moles de electrones. H 2 O (l) H 2 (g) + O 2 (g) Ecuación H 2 +O2-^ (l) H 20 (g) + O 20 (g) (R) = 2e-^ + 2H1+^ H2^0 - Cátodo (O) = 2 O2-^ 020 + 4e-^ - Ánodo Ecuación balanceada 2 H 2 O (l) 2 H 2 (g) + O 2 (g)
H 2 =(^2 )^ (^ 3.086 x 10
− 4
mol )^ =6.172 x 10
− 4
O 2 =(^4 )^ (^ 1.4197 x 10
− 4
mol )^ =5.6788 x 10
− 4 Se toma en cuenta las semirreacciones Numero de moles de electrones del H 2 : (^) 6.172 x 10 −^4 Numero de moles de electrones del O 2 : (^) 5.6788 x 10 −^4 Carga eléctrica de la electrólisis. Carga eléctrica =( Corriente eléctrica ) ( Tiempo ) Q =( 0.071 A ) ( 913.8 s )=64.879 C Carga eléctrica de la electrólisis = 64.879 C Número de electrones. Número de electrones = Carga eléctrica de la electrólisis Carga eléctrica de un electrón Número de electrones =
64.879 C
1.602 x 10
− 19 C
e =4.049 x 10 20 Número de electrones = (^) 4.049 x 1020 Número de Avogadro. Número de Avogadro = Número de electrones Número de moles de electrones
Número de Avogadro ( H 2 ) =
4.049 x 10 20 6.172 x 10 − 4 =6.^ .560^ x^^10 23
Número de Avogadro ( O 2 ) =
4.049 x 10 20 5.6788 x 10 − 4 =7.130^ x^^10 23
Número de Avogadro ( H 2 ) =6..560 x 10
23
Número de Avogadro ( O 2 ) =7.130 x 10
23
Conclusión La hidrólisis del agua es un proceso químico fundamental que tiene una gran variedad de aplicaciones prácticas en diferentes campos. La reacción de hidrólisis del agua consiste en la disociación de las moléculas de agua en iones hidrógeno y iones hidroxilo, mediante la adición de energía, ya sea en forma de calor o mediante la aplicación de una corriente eléctrica. Entre las aplicaciones prácticas de la hidrólisis del agua se incluyen la producción de hidrógeno y oxígeno para la generación de energía en pilas de combustible, la producción de compuestos químicos como el ácido clorhídrico y el hidróxido de sodio utilizados en la industria, y el tratamiento de aguas residuales para la eliminación de sustancias disueltas. Además, la hidrólisis del agua también es un proceso clave en la química del cuerpo humano, ya que muchas de las reacciones químicas que ocurren en nuestro organismo dependen de la presencia de iones hidrógeno y iones hidroxilo. Por otra parte, la determinación del número de Avogadro es una medida fundamental en la química y la física, y tiene una gran variedad de aplicaciones prácticas en diferentes campos. Una de las aplicaciones más importantes es en la determinación de las masas atómicas y moleculares, lo que permite establecer la composición química de los compuestos y entender su comportamiento en distintas condiciones. Además, la determinación del número de Avogadro también es importante en la fabricación de materiales de alta pureza, como semiconductores utilizados en la industria electrónica, y en la calibración de instrumentos de medición de alta precisión, como balanzas y espectrómetros. Otra aplicación práctica de la determinación del número de Avogadro es en la creación y definición de las unidades de medida del Sistema Internacional, como el mol y la constante de los gases ideales. Estas unidades son fundamentales para la comprensión y la comunicación de los conceptos químicos y físicos. Bibliografía Número de Avogadro - Concepto, valor e historia. (s. f.). Concepto. https://concepto.de/numero-de-avogadro/ La electrólisis del agua como opción para frenar el cambio climático. (2020, 3 agosto). Edén Springs. https://www.aguaeden.es/blog/electrolisis-del-
agua#:~:text=La%20electr%C3%B3lisis%20del%20agua%20es,1%20de%20ox %C3%ADgeno%20(H2O). Calcaneo, G. (2012). Ácido sulfúrico electrolítico. Corporativo Químico Global. https://quimicoglobal.mx/acido-sulfurico-electrolitico/ Admin. (2021). Electrolisis del ácido sulfúrico. Quimicafacil.net. https://quimicafacil.net/manual-de-laboratorio/electrolisis-sulfurico/
