miércoles, 2 de septiembre de 2015

ELECTRÓLISIS



EQUIPO #5

Calero Plaza María Fernanda
Cervantes Delgado Paloma
Gutiérrez Vélez Luis
Lizardi Becerra Alejandra
Martínez Rojas Miriam G.
Maure Allier José Fernando
Navarro Salamanca Enrique
Sevilla Bejar Renée



ELECTRÓLISIS DEL AGUA
PRACTICA #2



Fecha de entrega: 2 de septiembre del 2015



Introducción.


¿Qué es la electrolisis del agua?

La electrólisis del agua es la descomposición de agua (H2O) en los gases oxígeno (O2) 
e hidrógeno (H2) por medio de una corriente eléctrica a través del agua. Una fuente de 
energía eléctrica se conecta a dos electrodos, las cuales son puestos en el agua. En una 
c e l d a p r o p i a m e n t e d i s e ñ a d a , e l h i d r ó g e n o a p a r e c e r á e n e l c á t o d o 
(el electrodo negativamente cargado, donde los electrones son bombeados al agua), y el 
oxígeno aparecerá en el ánodo (el electrodo positivamente cargado).

¿Qué es el aparato de Hoffman?

El aparato de Hoffman fue inventado con el fin de separar los compuestos del agua por medio de la electrólisis. La palabra electrólisis viene de las raíces electro (electricidad) y lisis (separación).  El fin del aparato es comprender la conformación del agua por hidrógeno y oxígeno.

Tres tubos conforman el aparato, de los cuales dos son verticales y uno horizontal. A los tubos verticales se les dan cargas opuestas, de tal manera que el que tiene una carga positiva se conoce como ánodo y la carga negativa como cátodo. El cátodo da la posibilidad de observar el hidrógeno, mientras que en el ánodo se observa el oxígeno. El 
n i v e l d e l a g u a d i s m i n u y e significativamente más en el cátodo que en el ánodo, debido a que el agua se constituye en mayor parte por hidrógeno y al separarla éste es más abundante.





Composición del agua y sus características.

La molécula del agua esta compuesta por dos átomos de hidrogeno (H+) y uno de oxigeno (O-), éstos átomos se unen al compartir electrones, el enlace llamado enlace covalente. El agua es una molécula que atrae a muchos mas compuestos y elementos debido a su polaridad. por ejemplo, con la sal, la molécula de agua orienta sus polos en función de las cargas de los electrolitos, separando los polos negativos con los polos positivos.





Hidrógeno:
• Primer elemento de la tabla periódica. 
• En condiciones normales es un gas incoloro, inodoro e insípido, 
• Compuesto de moléculas diatómicas, H2. 
• El átomo de hidrógeno, símbolo H, consta de un núcleo de unidad de carga positiva y un solo electrón. 
• Tiene número atómico 1 y peso atómico de 1.00797. 
• Es uno de los constituyentes principales del agua y de toda la materia orgánica, y está distribuido de manera amplia no sólo en la Tierra sino en todo el universo. 
• Existen 3 isótopos del hidrógeno: el protio, 
el deuterio, y el tritio, de masa 3.
• Usos: El empleo más importante del hidrógeno es en la síntesis del amoniaco
Oxígeno:
• El oxigeno es un elemento no metal que casi no conduce electricidad. 
• El oxigeno se encuentra en estado gaseoso en su forma natural, no tiene color ni sabor. 
• Su punto de fusion es de 50,35 grados Kelvin o de -221,8 grados celsius o grados centígrados.
• Su punto de ebullición del es de 90,18 grados Kelvin o de -181,97 grados celsius o grados centígrados.

¿Qué es y que hace el graffito en la electrólisis?

La electricidad es el flujo o movimiento de cargas eléctricas. En este experimento se utilizan dos conductores de electricidad: el grafito y la sal. El grafito es un material refractario de color negro metálico y es un conductor de electricidad. Este material es un alótropo de carbono más estable, está formado por anillos bencénicos con diferentes capas perpendiculares. Estas capas representan una conductividad que aumenta con la temperatura, definiéndolo como un material semiconductor, pero conforme estas capas son mayores y más externas, la temperatura del material aumenta, comportándose como un conductor semi-metalico. 
El grafito en el aparato de Hoffman se coloca dentro de los tubos de ensayo junto con el agua y de ahí se conectan los cables de caimán hacia la pila; Los grafitos tienen que ser del mismo tamaño ya que el tamaño influye en la rapidez con la que se puede generar la reacción. Esté materia conduce la electricidad en el aparato y es gracias a los grafitos que la electrolisis es posible ya que con este material la reacción aumenta y los elementos se separan más rápido.


Las sales y las corrientes eléctricas.


La electricidad es el flujo o movimiento de cargas eléctricas. Los electrolitos son minerales que llevan una carga eléctrica. Los más comunes son el calcio, cloro, magnesio, fosfato, potasio y sodio. Cuando una sal (NaCl) es disuelta en agua se descompone en sus iones correspondientes, Na+ (catión) y en Cl-  (anión) Estos iones se estarán moviendo en el agua y si encuentran un circuito eléctrico, este movimiento de iones permitirá el flujo de electricidad.

Si se encuentra una menor cantidad de sal disuelta en el agua será más difícil poder conducir las corrientes electrónicas. Por otro lado si haymayor sal será más fácil la conductividad. 
 ¿Para qué sirve la pila en la electrólisis?

La pila sirve para generar una corriente eléctrica mediante una reacción química.En el experimento las partículas del agua se separan con la ayuda del voltaje de la pila, para dar como resultado Hidrógeno e iones de OH.
Un electrodo es un elemento que está conectado al extremo de una pila, el que está conectado a la parte positiva se llama ánodo y el que está en la parte negativa se llama cátodo. Lo que sucede al introducir los electrodos en la disolución es que las cargas positivas que son los átomos de sodio y los de hidrógeno serán atraídos hacia el cátodo y los átomos de cloro serán atraídos por el ánodo. Se produce una reacción química de reajuste de manera que el hidrógeno del agua se convierte en H2 que es el gas que vemos como sube en forma de burbujas, y el sodio se junta con el conjunto OH- que el hidrógeno ha abandonado generando sosa caustica o NaOH. Y en el cloro pasa algo parecido, como lo que le pasa al hidrógeno. En el reajuste los átomos de cloro que pierden sus electrones en el ánodo se juntan para dar lugar al Cl2, cloro en forma gaseosa, al que le cuesta salir del agua algo más que al hidrógeno y es lo que vemos en la disolución final con color amarillento.
Objetivo: Demostrar utilizando el aparato de Hoffman el proceso de separación de
moléculas de agua.

Hipótesis: Al hidrolizar la molécula de agua podremos ver que los hidrógenos se atraerán a la carga negativa de la pila debido a la carga positiva del hidrógeno (H+). En el tubo conectado a la carga positiva, se atraerá a la molécula de oxígeno (O-) debido a su carga negativa.


Desarrollo

Materiales:

1 vaso de cristal

• 2 tubos de ensayo
• 2 cables de cobre caimán
• 2 grafitos
• 1 sonda
• 1 pila cuadrada (9V)
• 20 gramos de sal refinada
• 100ml de agua destilada
• Pedazo de unicel (del tamaño del diámetro del vaso)
• Báscula (±0.05g)
• Cronómetro (±0.01s)

Procedimiento: 


1. Pesar 20 gramos de sal de mesa en una báscula.
2. Poner 200ml de agua en un vaso .
3. Hacer la solución al 10%, revolviendo los 20 gramos de sal en agua.
4. Hacerle dos hoyos al unicel para insertar los dos tubos. 5. Meter un grafito en cada tubo de ensayo.
6. Conectar el cable caimán de color amarillo por un extremo al grafito.
7. Conectar el cable color blanco al otro grafito del otro tubo.
8. Meter la sonda a los dos tubos de ensayo. (Ver imagen 1)
9. Voltear el unicel con los tubos de tal manera que el agua pueda entrara a los tubos y los cables queden en la superficie del vaso.
11. Conectar la punta del cable caimán amarillo a la parte negativa de la pila.
12. Conectar la punta del cable caimán blanco a la parte positiva de la pila. (Ver imagen 2)
13. Succionar por la sonda el aire hasta que el agua de los dos tubos de ensayo queden al mismo nivel.
14. Tomar el tiempo que tarda en bajar el agua de los dos tubos.
15. Analizar el consumo de Hidrógeno y de Oxígeno y hacer las conclusiones pertinentes.


Resultados:

El agua dentro del tubo de ensayo con carga negativa bajó en 5 min 32 segundos a la mitad del tubo, ya que el hidrógeno (carga positiva) se estaba acumulando en la parte superior del tubo por la ruptura de la molécula de agua y estaba empujando el agua fuera del tubo. Por otro lado, en el tubo de ensayo con carga positiva no se observo ningún cambio. Se esperaba observar que el agua bajara en menor tiempo en el cátodo, ya queel oxígeno (carga negativa) se encuentra en menor cantidad que el hidrógeno.


Análisis y discusión:

Es evidente que el agua está conformada por elementos de diferentes cargas. Al atraer los diferentes componentes del agua (H+ y O-) por cargas opuestas, es posible separar las moléculas.

Conclusiones


Enrique: En esta practica observe las reacciones de la electrolisis del agua en donde había dos componentes principales el hidrogeno y el oxigeno. Se llego a la conclusión de que el hidrogeno reaccionaba con mayor velocidad y potencia debido a que el agua tiene dos hidrógenos y un oxigeno y que al conectarlos a una carga, el hidrogeno reaccionaría con mayor velocidad debido a lo antes mencionado.


Maria Fernanda: Después de haber hecho el experimento del aparato de Hoffman, pude observar como los componentes del agua se pueden separar por medio de la electrolisis, es decir que pudimos obtener oxigeno e hidrogeno por separado a partir del agua. La descomposición del agua por parte del hidrogeno lo pudimos observar claramente en nuestro experimento ya que la estaba conectado del lado negativo de la pila y la densidad de la molécula de hidrogeno es más pesada y por lo tanto la electrolisis se dio mas rápido, pero por otro lado, el oxigeno no se pudo observar aunque se debería de haber podido ya que estaba conectado del lado positivo de la pila y las fuerzas debían de atraerse, la hipótesis no se cumplió.


Luis: Se puede concluir que el agua está formada por partículas de diferentes cargas. Al hacer esta práctica, pudimos ver que aplicando cargas eléctricas, se pueden atraer los componentes de una molécula para de ésta forma separarlas. Sin embargo, se concluye que la electricidad se transfiere a las partículas por un conductor, en este caso la sal. De tal manera es posible decir que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.


Alejandra: al concluir con la práctica puedo decir que el objetivo y la hipótesis fueron cumplidos, ya que las moléculas de hidrógeno fueron atraídas a la carga negativa de la pila y el oxígeno fue atraído a la carga positiva. Por medio de la electricidad en la sal, se liberan hidrógenos y oxígenos de la molécula de agua. Se libera más cantidad de moléculas de hidrógeno que de oxígeno debido a la estructura de la molécula del agua. El agua disminuyó en mayor cantidad y más rápido del hidrógeno que del oxígeno, por la misma estructura de la molécula del agua. Al ser dos moléculas de hidrógeno, la reacción ocurre más rápida que con la molécula de oxígeno que solamente es una. La electricidad es conducida por un conductor, y gracias a ello las partículas se transfieren para transformar la electricidad. Algunas de las limitaciones en el experimento que pudieron haber alterado los resultados fue la cantidad de sal diluida en el agua, y el cable de cobre al degradarse pudieron haber afectado nuestros resultados. Al final del experimento el agua se hizo de un color negro debido a que el cobre de los cables se degradó. Para mejorar el experimento debemos de ser más exactos en cuanto al tiempo que tarda el agua en bajar de los tubos y tener cuidado al inhalar el aire de la sonda para que el nivel de agua quede igual en ambos tubos.


Miriam: En el experimento de electrolisis del agua pudimos observar que cuando el aguase descompone por medio de electricidad se liberan hidrógenos en mayor cantidad y oxígenos en menor cantidad. Gracias a los iones que se liberan cuando la sal es descompuesta por el agua se puede lograr la conducción de electricidad. En nuestro experimento logramos ver como el hidrogeno desplazo el agua hacia un nivel más bajo, pero no logramos ver como el oxigeno desplaza el agua. Esto puede deberse a que el cable de cobre se estaba degradando. En otra ocasión seria bueno observar la diferencia entre el tiempo de desplazamiento del hidrogeno y el oxigeno y la cantidad de agua desplazada por estos.


Paloma: En esta practica pudimos darnos cuenta como los opuestos se atraen ya que vimos como el hidrogeno conectado a la parte negativa de la pila reaccionaba ya que tiene carga positiva y el oxigeno con la parte positiva de la pila ya que tiene carga negativa. También vimos como el hidrogeno reacciona mas rápido ya que después de unos minutos el agua había bajado mucho mas del lado del hidrogeno que del oxígeno y bueno también la importancia de la sal como conductor de la electricidad.


Luis: Mi conclusión es que la electrolisis del agua nos ayuda a descomponer el agua para obtener los elementos que lo conforman, que son hidrogeno y oxigeno, producida por una pila que genera corriente eléctrica . El cable positivo libera oxigeno y el cable negativo libera hidrogeno. Cuando se libera el hidrogeno se ven subir burbujas y disminuye el nivel del agua mientras que cuando se libera oxigeno se ve de manera mas lento el mismo proceso.


Renee: En el experimento realizado sobre la electrólisis del agua se pudo observar que el cloruro de sodio, o sal de mesa, es un conductor de electricidad por el cual se puede separar la molécula del agua. Debido a que la molécula de agua esta compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxigeno, durante la electrólisis se libera el hidrogeno en mayor cantidad. Gracias a esto, se pudo apreciar como el hidrogeno empujó el agua mucho más rápido que el oxigeno, ya que existen más moléculas de éste elemento. El hidrógeno es un ión de carga positiva por lo que reacciona con una carga negativa, por esto mismo el tubo de ensayo que tenia conectado el cable caimán a la carga negativa de la pila se vació en mayor cantidad y tiempo que el positivo. En nuestros resultados no pudimos observar el desplazamiento del oxígeno, esto puede ocurrir por la descomposición del cable de cobre, pero con mayor certeza por la cantidad de oxígenos liberados en relación al hidrógeno.

Bibliografía

• Von Hofmann, A. W. Introduction to Modern Chemistry: Experimental and Theoretic; Embodying Twelve Lectures Delivered in the Royal College of Chemistry, London. Walton and Maberly, London, 1866.

• Electrolitos: MedlinePlus. N.d. Web. 31 Agosto 2014. <http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/article/002350.htm> • Porque las sales conducen Corrientes: clickmica. N.d. Web. 31 Agosto 2014. <http://clickmica.fundaciondescubre.es/conoce/100-preguntas-100-respuestas/7-cotidiana/124-ipor-que-las-sales-conducen-la-corriente-> • http://www.lenntech.es/periodica/elementos/h.htm#ixzz3C1GvggJ6

• http://akademos.ramiskuey.com/Experimentos/Electrolisis/

• http://elementos.org.es/oxigeno

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