CONDUCTANCIA DE ELECTRLITOS

LABORATORIO DE FISICOQUMICA II

CONDUCTANCIA DE ELECTRLITOS

I. OBJETIVOS:

A. Determinar la conductividad equivalente de los electrolitos a diferentes concentraciones.

B. Determinar las conductividades equivalentes de los electrolitos a dilucin infinita.

II. FUNDAMENTO TERICO:

CONDUCCIN ELECTROLTICA:

Flujo de electricidad por un conductor involucra una transferencia de electrones desde un punto de potencial ms negativo a otro de menor negatividad. Sin embargo, el mecanismo de transferencia no es siempre igual. En los conductores electrnicos, como los metales slidos o fundidos y ciertas sales slidas (sulfuro cprico, sulfuro de cadmio), la conduccin tiene lugar por emigracin directa de los electrones a travs del conductor bajo la influencia de un potencial aplicado. Aqu los tomos o iones que componen al conductor no interviene en el proceso y, excepto por la vibracin respecto de sus posiciones medias de equilibrio, permanecen en sus lugares. Por otra parte, en los conductores electrlitos, que incluyen soluciones de electrlitos fuertes y dbiles, sales fundidas, y tambin algunas sales slidas tales como el cloruro de sodio y el nitrato de plata, la transferencia electrnica tiene lugar por migracin inica, positiva y negativa, hacia los electrodos. Esa migracin involucra no slo una transferencia de electricidad sino tambin el transporte de materia de una parte a otra del conductor. Adems, el flujo de corriente en los conductores electrolticos va siempre acompaada de cambios qumicos en los electrodos que son muy caractersticos y especficos de las sustancias que componen el conductor y los electrodos. Finalmente, mientras la resistencia de los conductores electrnicos se incrementa con la temperatura, la de los electrolticos disminuye siempre que aumenta aquella.

CONDUCTANCIA ELECTROLTICA:La resistencia de un conductor electroltico al paso de la corriente se puede determinar mediante la ley de Ohm, pero es costumbre en vez de hablar de resistencia hacerlo de la conductancia, que es simplemente el recproco de la resistencia elctrica.

Sabemos que la resistencia de un conductor cualquiera es directamente proporcional a su longitud e inversamente al rea de su seccin transversal, esto es:

R = l / A .................................. .(1)

Donde R es la resistencia en ohmios, l la longitud en centmetros, A es el rea en centmetros cuadrados, y la resistividad o resistencia especfica cuyo valor depende de las caractersticas y naturaleza del conductor. De la ecuacin (1) se deduce que la expresin de la conductancia correspondiente es:

L = 1/R = 1/ (A / l)

L = k (A / l).................................... (2)

Donde k = 1/ (es la conductancia especfica del conductor). Esta cantidad puede

considerarse como la conductancia de 1 cubo de 1cm de arista de cierto material, y se expresa en recprocos de ohmios por centmetro.

Aunque la conductancia especfica es una propiedad del medio, al tratar con soluciones de electrlitos existe otra cantidad de mayor significado que es la conductancia equivalente, que en un electrolito est definida como la de un volumen de solucin que contiene un peso equivalente de la sustancia disuelta cuando se coloca entre dos electrodos paralelos entre s a una distancia de 1 cm y suficientemente grandes para contener entre ellos toda la solucin. No se determina nunca directamente, sino que se calcula desde la conductancia especfica. Si C es la concentracin de una solucin en equivalentes gramo por litro, entonces la concentracin por centmetro cbico es C/1000 y el volumen que contiene un equivalente de soluto es por esa razn, 1000/C cc. Como k, es la conductancia de un centmetro cbico, la de 1000/C cc, y por tanto , ser:

= 1000k / C.....................................(3)

MEDICIN DE LA CONDUCTIVIDAD.

En la determinacin de la resistencia de una solucin electroltica, debe utilizarse corriente alterna de cierta frecuencia (mayor a 1000 Hz) para minimizar la polarizacin y evitar la electrlisis. EI paso de la corriente a travs de la solucin se efecta, como ya se vio, por el movimiento de los iones. La capacidad de los iones para moverse en la solucin y la propiedad que tiene una solucin de conducir la corriente se llama, en trminos generales, conductancia. La conductancia especfica o conductividad de una solucin, es la conductancia de 1 cm3 de solucin, entre electrodos de 1cm2 de rea, que se encuentran separados 1 cm. La conductancia especfica tiene unidades de ohm-1/cm(o Siemen, S). Las mediciones de conductividad se realizan con un puente de Kohlrausch y, an cuando se determina la resistencia, en la escala del instrumento se lee en trminos de conductancia. En ciertos casos, cuando la celda utilizada para determinar la conductividad no tiene electrodos con un rea exacta de 1 cm2 y la distancia de 1 cm, la lectura debe corregirse utilizando la constante de la celda, kc. Para una celda dada con electrodos fijos, la relacin L / A, es constante para una determinada temperatura y se define como

kc = k/ km = L / Adonde km representa la conductancia medida, esto es, el recproco de la resistencia determinada con la celda en el instrumento empleado. La conductividad equivalente de una solucin es la conductancia especfica de un equivalente de soluto

landa = 1000 x k / C

LEY DE KOHLRAUSCH.La conductividad equivalente vara con la concentracin (y es mayor en soluciones ms diluidas) porque en las soluciones concentradas las interacciones inicas reducen la movilidad de los iones que transportan la corriente. La conductividad equivalente a dilucin infinita, es y resulta, la suma de las conductividades equivalentes a dilucin infinita (ley de Kohlrausch):

landa = landa - + landa +

Experimentalmente, la conductividad equivalente a dilucin infinita puede obtenerse (para el caso de un electrolito fuerte) por extrapolacin, graficando valores de landa vs. C1/2 . Para electrolitos dbiles es necesario recurrir a la ley de Kohlrausch o la ley de la dilucin de Ostwald, dado que, en ese caso, la grfica landa vs. C1/2 no resulta apropiada para la extrapolacin.

Conductmetro manual o automtico que se base en un puente de Wheastone para medir la conductividad o la conductancia de la muestra. Deber tener correccin automtica o manual para la temperatura Ya que las lecturas se refieren a 25 C. La lectura puede ser analgica o digital.

Celdas del tipo de inmersin de constante de celda de acuerdo con el circuito del aparato. Es necesario leer el instructivo de operacin del equipo

III. PARTE EXPERIMENTAL:

MATERIALES:

Conductmetro digital

Vaso de precipitado de 1L

Piceta

Cinco tubos de ensayo

Dos vasos de precipitado de 150 mL

Fiola de 100 mL

Probeta de 50 mL

Agua destilada, cido clorhdrico, cloruro de sodio, y acetato de sodio.

PROCEDIMIENTO:

- Medir la conductancia del agua destilada

- En la fiola preparar 100 mL de HCl e irlo diluyendo. Posteriormente medir la conductividad de cada una de las disoluciones.

- Repetir el procedimiento anterior con cloruro de potasio y cido actico.

DATOS EXPERIMENTALES: (En la hoja adicional)

IV. TRATAMIENTO DE DATOS:Temperatura: 25 C Conductancia para el H20 puro = 4.5 S Grupo I:

KCl

C

K(uS/cm)

L(uS)

0.00050.02236199.1398.2199.1

0.0010.03162277277277

0.010.1156.415.64156.4

0.10.316231280012812800

Grupo II:

CH3COONa

CKL(uS/cm)

0.000571.171.1142.20.02236

0.001158.1158.1158.10.03162

0.0174474474.40.1

0.16110611061.10.31623

Grupo III:

HCl

C(equiv/l)k(uS/cm)

L(uS/cm)

0.0005183.20.02236366.4183.2

0.0012530.03162253253

0.0112900.11291290

0.1106200.31623106.210620

V. RECOMENDACIONES Y SUGERENCIAS:

1. No se debe tratar de hallar la conductividad equivalente lmite o del CH3COOH experimentalmente con concentraciones tan bajas como 0.001N, puesto que en tales soluciones diluidas, la conductancia del agua, llega a ser una parte apreciable del total. Aunque la conductancia del agua puede restarse de la especifica de la solucin para dar la del electrolito, tales correcciones no son satisfactorias siempre e introducen error en el resultado final.

2. Es necesario que el agua destilada sea de buena calidad (suficientemente pura) para impedir que su conductancia especifica afecte en la medicin de la conductancia de los electrlitos sobre todos, si estos presentan conductividades muy bajas (ver prrafo anterior).

* El agua destilada de buena calidad tiene una conductancia de 2 a 3 mS, poco ms o menos por el dixido de carbono disuelto y otros electrlitos.

3. Es recomendable que despus de haber realizado una medicin con el conductmetro, enjuagar bien la celda conductimtrica con agua destilada para evitar que restos de esta solucin en la celda afecten en la medicin de la conductividad de la siguiente solucin.

4. Es importante que la solucin cubra totalmente los electrodos de la celda conductimtrica pues la constante de la celda se considera como si la solucin cubriese toda el rea de los electrodos. Si no se hiciera de esta manera, se introducira error debido a que en la constante de celda, se considera un rea que en la prctica la solucin no estara cubriendo.

5. Se sugiere tambin realizar la experiencia con otros tipos de solventes, cuyas constantes dielctricas sean menores que la del agua (78,6 a 25C) para observar como vara el comportamiento de la conductividad de cada uno de los electrlitos. Para comprobar cuando los dielctricos que estn completamente disociados en el agua, se disuelven en solventes de baja constante dielctrica y la concentracin de los iones es extremadamente pequea, la atraccin coulmbica es suficiente para causar asociaciones inicas. La fuerza entre los iones es inversamente proporcional a la constante dielctrica del medio. De este modo, todos los electrlitos se comportan como electrlitos dbiles en solventes de constante dielctrica baja.

Tambin se podra observar el hecho de que el comportamiento de la conductancia de estos electrlitos no es muy distinto en los solventes no acuosos que en el agua, con tal que la constante dielctrica se encuentra por encima de 25. Es decir, que al graficar Vs. C; estos dibujos sern parecidos a los de los electrlitos de baja conductividad en el agua.

VI. CONCLUSIONES:1. La conductancia especfica vara con la concentracin de las soluciones, aumentando a medida que la concentracin lo hace, debido al incremento en el nmero de iones por unidad de volumen en la solucin.

Para los electrlitos fuertes, la conductancia especfica aumenta marcadamente con el incremento de concentracin.

En contraste, las conductancias especficas de los electrlitos dbiles comienzan con valores ms bajos en soluciones diluidas y se incrementa mucho ms gradualmente. Sin embargo, el aumento puede ser menor pronunciado a causa del cambio de ionizacin parcial del soluto, y en consecuencia, la conductancia no vara tan rpidamente como en los electrlitos fuertes.

Comparando las conductancias especficas entre las soluciones usadas en el laboratorio se observa que disminuyen de la siguiente forma:

K(HCL)< K(NaOH)< K(NH4Cl)< K(KCl)