Electroquimica Informe 385a4z

UMSA FACULTAD DE INGENIERIA AREA DE QUIMICA LABORATORIO DE QUIMICA GENERAL

QMC-100-L SEM. 2/2015

DOCENTE: ING. ESPERANZA DIAZ ESTUDIANTE: UNIV.CHRYSTIAN TUCO TRIGUERO CARRERA: INGENIERIA CIVIL GRUPO:

“O”

PRACTICA Nº 10

ELECTROQUIMICA CONDUCTIVIDAD DE DISOLUCIONES

ELECTROQUIMICA CONDUCTIVIDAD DE DISOLUCIONES 1.- OBJETIVOS 1.1 OBJETIVO GENERAL -

Determinar la conductibilidad de soluciones electrolíticas.

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS -

Realizar el manejo de los instrumentos de laboratorio involucrados en la práctica (CONDUCTIVÍMETRO)

-

Mediciones de conductividad de disoluciones 2. FUNDAMENTO TEORICO UNIDADES La unidad SI de conductividad es el S/m y, sin otro calificativo, se refiere a 25 ° C (temperatura estándar). A menudo, en la industria se utiliza la tradicional unidad de μS/cm. Los valores de μS/cm son más altos que los de μS/m en un factor de 100. De vez en cuando se encuentra en la escala de los instrumentos una unidad denominada como "CE" (conductividad eléctrica): 1 CE = 1 S/cm. A veces se encuentra la llamada mho (recíproco de ohmio): 1 mho/m = 1 S/m. La célula estándar comúnmente utilizada tiene un ancho de 1 cm, y así, para agua muy pura en equilibrio con el aire podría tener una resistencia de aproximadamente 106 ohm, conocido como Megaohmio. El agua ultra pura podría alcanzar 10 megaohms o más. Así, en el pasado, se utilizó el Megaohmio-cm (= μS/cm), a veces abreviado a "Megaohmio". 3 A veces, una conductividad se da sólo en "microSiemens" (omitiendo el término de distancia en la unidad). Si bien esto es un error, a menudo se puede suponer que es igual a la tradicional μS/cm. La típica conversión de la conductividad a los sólidos disueltos totales se realiza suponiendo que el sólido es cloruro de sodio: 1 μS/cm es equivalente entonces a cerca de 0,6 mg de NaCl por kg de agua. La conductividad molar tiene en el SI la unidad S.m2.mol−1. Las publicaciones más antiguas utilizan la unidad Ω−1.cm2.mol−1. MEDIDA

Un conductivímetro y una sonda. La conductividad eléctrica de una solución de un electrolito se mide determinando la resistencia de la solución entre dos electrodos planos o cilíndricos separados por una distancia fija.4 Se utiliza una tensión alterna para evitar la electrólisis. Las frecuencias más utilizadas están en el rango 1-3 kHz. La dependencia de la frecuencia suele ser pequeña.5La resistencia se mide con un conductímetro. Está disponible comercialmente una gran variedad de instrumentos. 6 Hay dos tipos de celdas, el tipo clásico con electrodos planos o cilíndricos y un segundo tipo basado en la inducción.7 Muchos sistemas comerciales ofrecen corrección automática de temperatura. DEFINICIONES La resistencia R, es proporcional a la distancia l entre los electrodos e inversamente proporcional al área transversal de la muestra A. Escribiendo ρ (rho) para la resistencia específica (o resistividad),

En la práctica la sonda de conductividad se calibra utilizando disoluciones de resistencia específica conocida, ρ*, por lo que los valores de l y A son datos de diseño de la sonda.8 Si la resistencia de la solución de calibración es R*, se obtiene una constante de sonda, C:

La conductividad específica, κ (kappa) es la recíproca de la resistencia específica:

La conductividad también es dependiente de la temperatura. TEORIA La conductividad de una solución que contiene un electrolito depende de la concentración del electrolito. Por lo tanto es conveniente dividir la conductividad específica por la concentración. Este cociente se denomina conductividad molar, es denota por Λm

Electrolitos fuertes

Los electrolitos fuertes son capaces de disociarse completamente en solución. La conductividad de una solución de un electrolito fuerte a baja concentración sigue la ley de Kohlrausch:

donde se conoce como la conductividad molar limitante, K es una constante empírica y c es la concentración de electrolito. (Limitante aquí significa "en el límite de la dilución infinita" .) Por otra parte, Kohlrausch también encontró que la conductividad limitante de aniones y cationes son aditivas: la conductividad de una solución de sal es igual a la suma de las contribuciones a la conductividad de los cationes y los aniones.

donde: y son el número de moles de cationes y aniones, respectivamente, que se crean en la disociación de 1 mol del electrolito disuelto; y

son las conductividades molares limitantes de los iones individuales.

La tabla siguiente da los valores de las conductividades molares limitantes de iones seleccionados. Conductividad limitante iones agua a 298 ºK (25 °C) Cationes

λ+0 /mS m2mol-1

Aniones

λ-0 /mS m2mol-1

H+

34.96

OH-

19.91

Li+

3.869

Cl-

7.634

Na+

5.011

Br-

7.84

K+

7.350

I-

7.68

Mg2+

10.612

SO42-

15.96

Ca2+

11.900

NO3-

7.14

Ba2+

12.728

CH3CO2-

4.09

Una interpretación teórica de estos resultados fue proporcionada por la ecuación de Debye-Hückel-Onsager.9 donde A y B son constantes que dependen solamente de cantidades conocidas como temperatura, cargas de los iones y la constante dieléctrica y la viscosidad del disolvente. Como el nombre sugiere, esta es una extensión de la teoría de Debye–Hückel, debida aOnsager. Es un gran éxito para soluciones a baja concentración. Electrolitos débiles Un electrolito débil es aquel que no está totalmente disociado. Típicos electrolitos débiles son los ácidos débiles y las bases débiles s. La concentración de iones en una solución de un electrolito débil es menor que la concentración de dicho electrolito. Para los ácidos y las bases la concentración puede calcularse cuando se conoce el valor o los valores de las constantes de disociación ácida. Para un ácido monoprótico, HA, con una constante de disociación Ka, se puede obtener una expresión explícita para la conductividad como una función de la concentración, c, conocida como ley de dilución de Ostwald. Concentraciones elevadas Tanto la ley de Kolrausch como la ecuación de Debye-Hückel-Onsager describe lo que ocurre cuando la concentración de electrolito aumenta por encima de cierto valor. La razón es que cuando la concentración aumenta la distancia media entre cationes y aniones disminuye, de modo que hay una mayor interacción iónica. Si ello constituye una asociación de iones es discutible. Sin embargo, a menudo se considera que los cationes y aniones interactúan para formar un par iónico. Así, el electrolito se trata como si fuera un ácido débil y se puede obtener una constante,K, para el equilibrio: A+ + B- A+BK=[A+][B-]/[A+B-] Davies describe los resultados de tales cálculos con gran detalle, pero afirma que K no necesariamente debe ser considerada como una verdadera constante de equilibrio, sino más bien, que la inclusión del término asociación de iones es útil para extender el rango de buena concordancia entre los datos de conductividad

teóricos y experimentales.10 Se han hecho varios intentos para extender el tratamiento de Onsager a soluciones más concentradas. 11 La existencia del llamado mínimo de conductancia ha demostrado ser un tema controvertido en lo que respecta a la interpretación. Fuoss y Kraus han sugerido que es causado por la formación de tripletes iónicos, 12 y esta sugerencia ha recibido algún soporte recientemente. Aplicaciones A pesar de la dificultad de interpretación teórica, las mediciones de conductividad se utilizan ampliamente en muchas industrias. 15 Por ejemplo, las medidas de conductividad se utilizan para controlar la calidad de los suministros públicos de agua, en hospitales, en el agua de las calderas y en las industrias que dependen de la calidad del agua, tales como en las de elaboración de la cerveza. Este tipo de medición no es específica de iones , ya que a veces se puede utilizar para determinar la cantidad de sólidos totales disueltos (TDS) si se conoce la composición de la solución y su comportamiento de conductividad. A veces, las mediciones de conductividad están vinculadas con otros métodos para aumentar la sensibilidad de la detección de determinados tipos de iones. Por ejemplo, en la tecnología del agua de caldera, la purga de caldera es continuamente supervisada laconductividad de cationes que es la conductividad del agua después de haber pasado a través de una resina de intercambio catiónico. Este es un método muy sensible para vigilar las impurezas aniónicas en el agua de la caldera, en presencia de exceso de cationes (los del agente alcalinizante usualmente utilizado para el tratamiento de agua). La sensibilidad de este método se basa en la alta movilidad de H + en comparación con la movilidad de otros cationes o aniones. 3.-PROCEDIMIENTO 3.1 PREPARACION DE DISOLUCIONES  

Preparar disoluciones de ClNa 0.1, 0.01 y 0.001 N por diluciones sucesivas Preparar disoluciones de CH3COOH 0.1, 0.01 y 0.001 N por diluciones sucesivas

3.2 MEDICION DE LA CONDUCTIVIDAD  

Medir la conductividad de cada una de la disoluciones con el conductivimetro y registrar los datos Calcular la conductividad equivalente de cada disolución



Graficar Λ vs

4 MATERIALES

y Interpole el valor de la Λ∞

1. 2. 3. 4. 5.

Vasos de precipitados de 100 ml Matraces aforados de 250 ml Pipeta aforada 25 ml Pipeta graduada 10 ml Conductivimetro

5 REACTIVOS 1. Cloruro de sodio pa 2. Ácido Acético pa

6 TABLA DE DATOS SOLUCION CH3COOH Nº 1 2 3 4 5

NORMALIDAD 0.001 0.01 0.1 0.5 1

CONDUCTIVIDAD 43.6 uS 150.0 uS 277.7 uS 770.0 uS 1090.0 uS

TEMPERATURA ºc 21.7 21.7 21.8 21.9 22

CONDUCTIVIDAD 74.6 mS 45.8 mS 10.3 mS 12,5 uS 154.3 uS

TEMPERATURA ºc 21.6 21.7 21.4 22 22.2

SOLUCION NaCl

Nº

NORMALIDAD 1 2 3 4 5

7 CONCLUSIONES

1 0.5 0.1 0.01 0.001

Realizando una comparación de los datos obtenidos con el conductivímetro podemos observar que la solución de NaCl tiene mayor conductibilidad que la solución de ácido acético. Se puede observar que la conductibilidad de ambas soluciones es directamente proporcional a la concentración normal de las mismas. 8 BIBLIOGRAFIA CAIRO, R. Técnica del plateado electrolítico. Editorial Cedel (1980) MASTERTON, WILLIAM I. & SLOWINSKI, EMIL. J. Química General Superior. Editorial Interamericana (1978) MONTECINOS, EDGAR & MONTECINOS, JOSE Química General. Prácticas de Laboratorio. La Paz. (1989)