Frontera Movil 206213

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Scientia et T echnica Año XVIII, No xx, Mesxx de Añoxx. Universidad Tecnológica de Pereira. ISSN 0122-1701

Determinación del número de transporte por el método de frontera móvil Determination of transport number by mobile border method Autor 1: Tania Sánchez Rodríguez. Autor 2: William Cañas Valencia Departamento de Química, Universidad tecnológica de Pereira, Pereira, Colombia Resumen— Se determinó el número de transporte por el método de frontera móvil donde solo se utilizó ácido clorhídrico con verde de malaquita, donde se encontró que los iones H+ transportaron una fracción de corriente igual a 0.38576 y que los aniones Cl- transportaron una fracción de la corriente igual a 0.61424.

(2)

En donde z+ es la valencia de la especie positiva y e es la carga del electrón. Debe recordarse que el flujo de cargas positivas es por definición la carga Palabras claves— Número de transporte, Frontera positiva que atraviesa la unidad de área en la unidad móvil, carga, corriente, electrolito. de tiempo. La carga viene dada en culombios. La carga por unidad de tiempo es la intensidad de Abstract— The transport number was determined by corriente I. La intensidad de corriente por unidad de the method of moving boundary where only área es la densidad de corriente. hydrochloric acid was used with malachite green , De esta manera la ecuación (2) también puede where it was found that H + ions transported a escribirse como: fraction of current equal to 0.38576 and Cl- anions transported a fraction of the current equal to 0.61424 Key words— Transport number, mobile border, load current, electrolyte .

I.

(3)

INTRODUCCIÓN

En esta ecuación I+ significa corriente transportada por las especies positivas. Reorganizando la Si consideramos un electrolito de formula general ecuación (3) obtenemos: Mv+ Mv- disuelto en agua con una concentración de C mol/dm3 y sometido a un campo eléctrico E, podemos fácilmente establecer que el número de (4) iones positivos que migran hacia el cátodo pasando por un área A en un tiempo t es: (5) (1) En donde S+ es la rapidez en dm/s, N A es el número de Avogadro y υ+ es el número de iones positivos que genera una molécula del electrolito. El flujo de cargas positivas será: Fecha de Recepción: (Letra Times New Roman de 8 puntos) Fecha de Aceptación: Dejar en blanco

En donde F es la constante de Faraday. Es común encontrar la ecuación (5) escrita en términos de la concentración en equivalentes por dm3 (normalidad), en este caso debe recordarse que la concentración equivalente por dm3 es Cz+. Una

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ecuación semejante a (5) puede derivarse para la corriente transportada por las especies negativas, o sea.

área A y en cada uno de los extremos un electrodo. El movimiento de los iones se monitorea observando la superficie de separación entre el electrodo MX y un electrolito indicador, que puede ser M´X´ o MX´. Obsérvese que debe haber un ión común. Generalmente este segundo electrolito se (6) produce por electrolisis. Por regla general los dos La corriente total a través de todo el circuito (la electrolitos tienen índices de refracción diferentes o corriente detectada por un medidor en el circuito difieren en color. En cualquier aparato de frontera móvil la solución menos densa debe ser la superior externo) será: para impedir la convección. Cuando el electrodo superior se hace negativo el límite de separación entre ambos electrolitos se mueve hacia arriba a la (7) velocidad aproximada que llevan los cationes en la El número de transferencia de un ión es la fracción solución superior. Por tanto la distancia que se mueve hacia arriba del límite da x+ para el catión de corriente transportada por el, así: M y puede utilizarse la ecuación (10) para calcular el número de transferencia de este catión en solución. Cuando el electrodo más bajo se hace negativo, el electrolito superior se convierte en el electrolito indicador y la superficie de separación se (8) mueve hacia abajo a la velocidad aproximada que Reemplazando (5) en (8) y multiplicando el llevan los cationes en la solución inferior. Se puede numerador y denominador por el tiempo t, utilizar la ecuación (10) para calcular t+ para los iones positivos en la solución inferior (los iones M´, obtenemos: si la solución inferior es M´X). (9)

II.

PROCEDIMIENTO

Para la determinación del número de transporte por En la expresión (9), S+t es el espacio recorrido por el método de frontera móvil se realizó un montaje el catión en el tiempo t, el cual llamaremos x+ de muy similar al sistema mostrado en la figura 1, y esta manera: como generador de corriente se usó una fuente de corriente constante. Los electrodos fueron de cobre y el electrolito fue ácido clorhídrico (HCl) 0.3 M coloreado con verde de malaquita. (10) Una formula semejante puede derivarse para t-, la cual es:

(11) En el estudio de los números de transferencia por el método de frontera móvil se utiliza un tubo largo de

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32 36

3

0.32 0.36

Intensidad de corriente

Voltaje

33.03 38.16

1982 2290

0.3 A 19.01 V

Tabla 1. Datos para la determinación del número de transporte por el método de frontera móvil.

Para la determinación del número de transporte se usara la siguiente expresión:

Para lo cual necesitamos determinar dV/dt, por esto se hace necesario realizar una gráfica de la distancia (desplazamiento de frontera) en dm3 contra el tiempo en segundos.

Figura 1. Sistema para la determinación del número de transporte por el método de frontera móvil.

Para iniciar con el experimento, primero se limpiaron los electrodos con ácido nítrico caliente y agua destilada. Se llenó el tubo de tal manera que quedó completamente lleno y libre de burbujas desde el ánodo al cátodo. Se conectaron los electrodos a la fuente de corriente constante y se registró el tiempo en que la frontera entre cada color pasaba por una distancia determinada, en este caso se midió cada 4mm. Los datos obtenidos en este experimento se presentan en la tabla 1. III.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Determinación del número de transporte Distancia Tiempo (mm) (dm) (min) (s) 4 0.04 3.33 200 8 0.08 6.63 398 12 0.12 10.35 621 16 0.16 14.28 857 20 0.20 18.50 1110 24 0.24 23.12 1387 28 0.28 27.96 1678

Para calcular el volumen se conoció en el laboratorio que para cada 0.04 dm de desplazamiento, en volumen correspondía 1 mL, con esto se tiene: Distancia Volumen Tiempo 3 (dm) (mL) (dm ) (s) 0.04 1 1x10-3 200 0.08 2 2 x10-3 398 -3 0.12 3 3 x10 621 0.16 4 4 x10-3 857 -3 0.20 5 5 x10 1110 0.24 6 6 x10-3 1387 -3 0.28 7 7 x10 1678 -3 0.32 8 8 x10 1982 0.36 9 9 x10-3 2290 Tabla 2. Datos de distancia, tiempo y volumen para la determinación del número de transporte.

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Desplazamiento (dm 3 )

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Desplazamiento de frontera contra tiempo

El cambio de color que se presentó en la columna, fue debida al movimiento de H+, generando una mayor acidez, haciendo que el colorante verde de malaquita se tornara de color verde, produciendo una falencia de H+ lo cual generaba el color azul en el lado contrario.

0.01

0.005

y = 4E-06x + 0.0006 R² = 0.9949

0 0

500

1000

1500

2000

2500

Tiempo (s)

dV/dt = pendiente = 4x10 -6 dm3 /s

𝐶𝑣+ 𝑧+ 𝐹 𝑑𝑉 ∗ 𝐼 𝑑𝑡

IV.

HCl  H+ + Cl-

𝐶 = 0.3

𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑚ˆ3

𝑣+ = 1 𝑧+ = 1 𝐶 𝐼 = 0.03 𝑠

𝐹 = 96440

𝒕+ =

lo contrario no se garantiza el flujo constante de que haya continuidad del líquido en el aparato, de electricidad. El número de transporte de un ion, en un electrolito dado, representa, en consecuencia, la fracción de la corriente total transportada por aquella clase de iones durante la electrolisis.

Grafica 1. Desplazamiento Vs Tiempo

𝑡+ =

Para el buen funcionamiento de la práctica es necesario

𝐶 𝑚𝑜𝑙

-

los iones H+ transportan una fracción de la corriente igual a 0.38576 y que los aniones Cltransportan una fracción de la corriente igual a 0.61424

-

El desplazamiento de la frontera móvil de la solución de HCl por un proceso electrolítico con cátodo y ánodo de Cu es directamente proporcional al tiempo La frontera móvil se produce ya que la electrolisis genera iones H+, lo que hace que el indicador acido- base verde de malaquita cambie de un color verde muy claro a un verde-azul y a medida que se va produciendo más iones H+, el color se va homogenizando en toda la solución. Los dos electrolitos deben de tener índices de refracción diferentes o diferir en el color con el fin de observar con claridad la frontera.

-

𝒎𝒐𝒍 𝑪 (𝟎. 𝟑 𝒅𝒎ˆ𝟑) ∗ (𝟏) ∗ (𝟏) ∗ (𝟗𝟔𝟒𝟒𝟎 𝒎𝒐𝒍 ) 𝑪 𝟎. 𝟑 𝒔

∗ (𝟒𝒙𝟏𝟎 − 𝟔

𝒅𝒎ˆ𝟑 ) 𝒔

𝒕+ = 𝟎. 𝟑𝟖𝟓𝟕𝟔 𝒕− = 1 − 0.38576 = 𝟎. 𝟔𝟏𝟒𝟐𝟒 Este método se denomina mejor como “frontera móvil autógena” debido a que solo se llana el tubo con una sola solución (HCl) causando una mayor facilidad en la determinación del número de transporte para este caso el del hidrogeno y también conocerse el del anión cloruro (Cl-). En este método la frontera móvil se autogenera en las inmediaciones del ánodo. La frontera se da como resultado de la diferencia entre los índices de refracción de las dos soluciones contenidas en el tubo (el de la solución original y el de la solución formada en la parte inferior debido a la electrolisis).

CONCLUSIONES

-

V.

REFERENCIAS

Referencias de libros: 1. Jorge Eliecer Alba, H. A. V. S., Melvin Aroldo Duran, Fisicoquimica Aplicada. Pereira, Colombia, 2008; p 314. Referencias de páginas web: 2.http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/NUM ERODETRANSPORTE_24859.pdf