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Universidad Nacional Mayor de San Marcos, DECANA DE AMERICA
Facultad de Química e Ingeniería Química
E.A.P. de Ingeniería Química
0.72
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE FISICOQUÍMICA
Practica N° 15
Título: Conductividad de soluciones electrolíticas
Horario: De 1 pm a 4:00 pm
Grupo de trabajo: “E”
Docente: Ing. Yarango Rojas, Alejandro
Alumnos: Código
Donayre Díaz, Aref Raúl 09070024 Flores Mendívil, Flor de María 10070207
Fecha de la práctica: 04 / 06 / 12
Fecha de la entrega: 11 / 06 / 12
1
ÍNDICE
I. INTRODUCCION…………………………………………………………………………......Pág. 3
II. RESUMEN……………………………………………………………………………...…………Pág. 4
III. PRINCIPIOS TEORICOS………………………………………………………..…………….Pág. 5
IV. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS……………………………………..… Pág. 8
V. EJEMPLO DE CALCULOS…………………………………………………………….….. Pág. 11
VI. DISCUSION DE RESULTADOS……………………………………………………..…. Pág. 16
VII. CONCLUCIONES…………………………………………………………………….….….. Pág. 17
VIII. RECOMENDACIONES…………………………………………………………………… Pág. 18
IX. BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………………..…..Pág. 19
X. APENDICE ……………………………………………………………….….………………...Pág. 20
2
INTRODUCCIÓN
Las determinaciones de la conductividad reciben el nombre de determinación conducto
métricas. Estas determinaciones tienen una cantidad de aplicaciones.
En primer lugar, la conductividad de las soluciones desempeña un importante papel en las
aplicaciones industriales de la electrólisis, ya que el consumo de energía eléctrica en la
electrólisis depende en gran medida de ella.
Las determinaciones de la conductividad se usan ampliamente en los estudios de
laboratorios. Así, se las puede usar para determinar el contenido de sal de varias
soluciones durante la evaporación del agua (por ejemplo en el agua de calderas o en la
producción de leche condensada). Las basicidades de los ácidos pueden ser determinadas
por mediciones de la conductividad.
El método conductimétrico puede usarse para determinar las solubilidades de electrólitos
escasamente solubles y para hallar concentraciones de electrólitos en soluciones por
titulación.
La base de las determinaciones de la solubilidad es que las soluciones saturadas de
electrólitos escasamente solubles pueden ser consideradas como infinitamente diluidas.
Midiendo la conductividad específica de semejante solución y calculando la conductividad
equivalente según ella, se halla la concentración del electrolito, es decir, su solubilidad.
Un método práctico sumamente importante es el de la titulación conducto métrica, o sea
la determinación de la concentración de un electrolito en solución por la medición de su
conductividad durante la titulación. Este método resulta especialmente valioso para las
soluciones turbias o fuertemente coloreadas que con frecuencia no pueden ser tituladas
con el empleo de indicadores.
3
RESUMEN
El presente informe tiene como objetivo, determinar la conductividad de
algunas soluciones acuosas de electrolitos fuertes y débiles.
La práctica se llevó a cabo bajo las siguientes condiciones: una presión de
756 mmHg, una temperatura de 230 C y un porcentaje de humedad del
92%.
Se prepara una solución de KCl y soluciones de HCl y CH3COOH a
diferentes concentraciones, se valora cada una de estas soluciones con una
solución de NaOH previamente valorada con biftalato de potasio. Luego,
para poder medir la conductividad eléctrica de cada solución se calibra el
instrumento, luego se procede a medir la conductividad de las diluciones
preparadas.
Por último se mide de la conductividad de la solución de KCl, el cual se
utiliza para hallar la constante de celda.
Realizando los cálculos requeridos, se halla la constante de ionización del
ácido acético que resulta, por promedio, ser 3.22 x 10 -5 y conociendo el
valor teórico, 1.75x 10-5, se calcula el porcentaje de error que resulta ser del
84%.
Se determina la conductividad equivalente a dilución infinita experimental
para el HCl a través de una gráfica, su valor es de 511.1 S.cm2/eq,
asimismo se halla su valor teórico, 370.19 S.cm2/eq, a todo esto le
corresponde un porcentaje de error del 38.06%.
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PRINCIPIOS TEÓRICOSCONDUCTANCIA ELÉCTRICA.
La conductancia eléctrica puede clasificarse según los siguientes tipos:
Conductancia Metálica, la cual es el resultado de la movilidad de los
electrones. Los conductores metálicos se debilitan a temperaturas elevadas ya
que es más difícil para los electrones atravesar la estructura cristalina cuando
los elementos que forman la estructura están en un movimiento térmico más
activo.
Conductancia Electrolítica, la cual es el producto de la movilidad de los iones.
Los conductores electrolíticos se vuelven mejores conductores al elevarse la
temperatura, ya que los iones pueden moverse a través de la solución más
rápidamente a temperaturas más elevadas cuando la viscosidad es menor y hay
menos solvatación de los iones.
Semiconductores, son los sólidos que contienen iones junto con vacíos iónicos,
los cuales se mueven bajo la influencia de un campo. Los vacíos iónicos, en la
estructura cristalina, se llaman huecos. Cuando se llena un hueco con un ion, se
crea otro hueco en otra posición, y de este modo, el hueco se mueve y
contribuye a la conductividad del sólido. Los semiconductores se vuelven
mejores conductores a temperaturas más altas, en donde más cantidad de
iones tienen la energía de activación necesaria para moverse a otra posición
dentro de la estructura. La conductancia de los semiconductores aumenta
exponencialmente con la temperatura absoluta.
Conductancia eléctrica en los gases, por medio de iones gaseosos y electrones.
La resistencia R de un conductor uniforme es directamente proporcional a su
longitud l e inversamente proporcional a la superficie de su sección A.
R= rlA y
r=RAl
5
La constante de proporcionalidad r, se define como resistencia específica, y es
la resistencia que opondría un cubo del material, que midiera un centímetro
por lado. En la proximidad del cero absoluto, la resistencia de los metales se
vuelve extremadamente baja.
Al tratar con soluciones de electrolitos, se suele emplear la conductancia
específica k, es decir, el valor recíproco de la resistencia específica. De este
modo:
CONDUCTANCIA EQUIVALENTE.
Para poder representar la conductancia del peso equivalente de un electrolito es
conveniente introducir el término conductancia equivalente.
La conductancia equivalente л, se obtiene multiplicando la conductancia específica k
por el volumen V en mililitros, que contenga un equivalente– gramo del soluto, es
decir, por 1000/C, donde C es el número de equivalentes–gramo por litro.
Λ = V k =1000 kC
Como 1000/C tiene las unidades de cm3 equiv-1 y k tiene las unidades de ohmio-1 cm -1,
la conductancia equivalente tiene las unidades de cm2 equiv-1 ohmio-1.
El significado de la conductancia equivalente puede captarse, imaginando una celda de
1 cm cuadrado y de una altura indefinida. Dos de las paredes opuestas son de metal y
actúan como electrodos. Cuando se llena la celda a una altura de 1 cm, el valor
recíproco de la resistencia es la conductividad específica. Cuando se llena la celda con
un volumen V determinado, de solución que contenga 1 equivalente-gramo de un
electrolito disuelto, la solución alcanzará una altura de V centímetros en la celda, y el
valor reciproco de la resistencia medida será la conductancia equivalente.
6
k=1r= l
RA
IONIZACION DE LOS ELECTROLITOS DEBILES.
Arrhenius sugirió que el grado de disociación de un electrolito débil, como el ácido
acético, podría calcularse basándose en la conductancia ya medida del electrolito y en
la conductancia equivalente a dilución infinita. Si el cambio en la conductancia de los
iones a causa de la concentración, se considera despreciable y se supone que la única
influencia de la dilución sobre la conductancia equivalente de un electrolito débil
consiste en el aumento de la disociación de los iones. El electrolito no disociado, no
tiene conductancia porque no esta cargado. Si en la solución se tiene 1 equivalente de
electrolito, habrá α equivalentes de cada ion.
α= ΛΛ0
Aunque esta ecuación es satisfactoria para los electrolitos débiles, no puede aplicarse
a los electrolitos fuertes en los cuales la disociación es prácticamente completa. El
cambio en la conductancia equivalente de los electrolitos fuertes causada por la
concentración, se debe a un cambio en la velocidad de los iones.
El equilibrio o la constante de ionización K se obtiene por la ecuación:
K=(cα ) (cα )c (c−α )
= α2 c1−α
La constante de ionización calculada de esta manera, no es independiente de la
concentración, lo cual se debe a que se han suprimido los coeficientes de actividad así
como la relación entre la conductancia iónica y la concentración.
7
TABULACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS
Tabla N0 1: Condiciones del laboratorio.
Presión Temperatura Humedad756 mmHg 23° C 92 %
Tabla N0 2: Valoración del NaOH con Biftalato de Potasio.
Peso del Biftalato de potasio 0.0158 g
Volumen de NaOH 7.4 ml
Normalidad Corregida 0.0105 eq/L
Tabla N0 3: Valoración de las soluciones de CH3COOH con NaOH.
Solución Volumen de Alícuota (ml)
Volumen gastado de NaOH (ml)
Normalidad corregida de
CH3COOH
CH3COOH 0.001 N 5 0.5 0.001050
CH3COOH 0.002 N 5 1.0 0.002100
CH3COOH 0.003 N 10 3.4 0.003570
CH3COOH 0.00064 N 50 3.1 0.000651
Tabla N0 4: Valoración de las soluciones de HCl con NaOH.
Solución Volumen de Alícuota (ml)
Volumen gastado de NaOH (ml)
Normalidad corregida de HCl
HCl 0.001 N 15 1.5 0.001050
HCl 0.002 N 10 1.8 0.001890
HCl 0.003 N 5 1.4 0.002940
HCl 0.00064 N 20 1.1 0.000578
8
Tabla N0 5: Concentraciones, conductividad específica y equivalente de las soluciones.
Solución N (eq/L) K (S/cm) (Sxcm-1xeq-1)
CH3COOH (0.001 N) 0.001050 41.53 39.55
CH3COOH (0.002 N) 0.002100 57.95 27.60
CH3COOH (0.003 N) 0.003570 69.54 19.48
CH3COOH (0.00064 N) 0.000651 30.91 47.48
HCl (0.001 N) 0.001050 613.11 613.11
HCl (0.002 N) 0.001890 650.53 344.20
HCl (0.003 N) 0.002940 1020.47 347.10
HCl (0.00064 N) 0.000578 190.28 329.20
Tabla N0 6: Datos para realizar las gráficas vs √N para el HAc y HCl.
Solución (S*cm-1eq-1)√N
CH3COOH (0.001 N) 39.55 0.0324
CH3COOH (0.002 N) 27.60 0.0458
CH3COOH (0.003 N) 19.48 0.0597
CH3COOH (0.00064 N) 47.48 0.0255
HCl (0.001 N) 613.11 0.0324
HCl (0.002 N) 344.20 0.0435
HCl (0.003 N) 347.10 0.0542
HCl (0.00064 N) 329.20 0.0240
Tabla N0 7: Datos adicionales para la gráfica 1/ vs Nx del CH3COOH
9
Solución 1/ Nx
CH3COOH (0.001 N) 0.0253 0.0415
CH3COOH (0.002 N) 0.0362 0.0580
CH3COOH (0.003 N) 0.0513 0.0695
CH3COOH (0.00064 N) 0.0209 0.0311
Tabla N° 8: Conductividad Límite.
∞ del HAc (por gráfica 1/ vs Nx a 23° C)
∞ del HCl (por gráfica vs √N a 23° C)
200.0 511.1
Tabla N° 9: Grado de Disociación y Ki para la solución de CH3COOH.
Solución (con las normalidades corregidas)
Grado de disociación ()
CH3COOH (0.001050N) 0.1978
CH3COOH (0.002100N) 0.1380
CH3COOH (0.003570N) 0.0974
CH3COOH (0.000651N) 0.2374
Ki promedio = 3.22 x 10-5
Tabla Nº 10: Porcentaje de error, Ki del HAc.Ki Teórico Ki Experimental %Error
1.75x10-5 3.22 x 10-5 84.00
Tabla Nº 11: Porcentaje de error del ∞ del HCl.∞ Teórico ∞ Experimental %Error
370.19 511.1 38.06
EJEMPLO DE CÁLCULOS
10
a) Obtenga la constante de celda a partir de las medidas para el KCl y compárela
con la constante de celda del instrumento.
Se sabe que por fórmula, se tiene:
k = L x (d / A)
Donde:
k : conductividad específica.
L : conductividad eléctrica.
d/A : constante de celda.
Se tienen los siguientes datos:
Conductividad eléctrica (instrumento) = 1402 µs
Conductividad específica a 23° C = 1354.2 µs/cm
Reemplazando estos valores en la ecuación anterior, se tiene:
d / A = k / L
d / A = (1354.2 µs/cm) / 1402 µs
d / A = 0.9659 cm-1
b) Determine las concentraciones exactas de las soluciones y diluciones.
Para la valoración del NaOH se utiliza como patrón primario al Biftlato de
Potasio (BHK), y la normalidad corregida se obtiene por la siguiente ecuación:
# eq – g NaOH = # eq – g BHK
Nc NaOH = peso de BHK
Peq de BHK x Vg NaOH
Nc NaOH = 0.0158
204.22 (eq / g) x 7.4 x10-3L
Nc NaOH = 0.0105 N
Valoración de las soluciones de CH3COOH (0.001, 0.002, 0.003 y 0.00064)
Se valoran las soluciones de CH3COOH usando como patrón secundario al NaOH
que ya ha sido valorado.
11
Para CH3COOH 0.001N:
# eq – g ácido = # eq – g base
Nc CH3COOH = N NaOH x V NaOH
V CH3COOH
Nc CH3COOH = 0.0105 x 0.5mL
5 mL
Nc CH3COOH = 0.001050
Del mismo modo se procede para las otras soluciones de CH3COOH ver Tabla N °3.
Valoración de las soluciones de HCl (0.001, 0.002, 0.003 y 0.00064)
Para el HCl 0.001N
# eq – g ácido = # eq – g base
N HCl = N NaOH x V NaOH
V HCl
N HCl = 0.0105 x 1.5ml
15mL
N HCl = 0.001050N
Del mismo modo se procede para las otras soluciones de HCl ver Tabla N °4.
c) Cálculo de la conductividad específica (k) de todas las soluciones y su
conductividad equivalente ( ).
12
Para la solución de HCl (0.001)
k = L x ( d / A )
k = 666.5 µs x 0.9659 cm-1
k = 643.77 cm-1
Como se tiene a k y también a la normalidad se puede hallar la conductividad
equivalente ( ) mediante la siguiente ecuación:
= k x ( 1000/N )
= (643.77 x 10-6 x 1000)/0.001050
= 613.11 s/cm2eq
Del mismo modo se procede para las otras soluciones de CH3COOH Y HCl ver Tabla
N ° 5.
d) Grafique Λ vs √N para el HCl y 1/ vs Nx para el HAc
Gráfica Λ vs √N para el HCl:
0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.060
100
200
300
400
500
600
700
f(x) = − 2666.43783812428 x + 511.127017713738R² = 0.0658184360162306
Series2Linear (Series2)
Gráfica 1/ vs Nx para el HAc:
13
0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.080
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
f(x) = 0.774995712255937 x − 0.00533103834610797R² = 0.952757399852668
Series2Linear (Series2)
e) A partir del gráfico correspondiente al HAc se determina el Λ∞ mediante la
pendiente y luego el Ki promedio
Pendiente = 1/Λ∞
Pendiente = 0.005
Λ∞ = 200
Luego determinamos el Ki promedio:
Λ∞ x Ki =0.775-1
Ki = 3.22 x 10-5
Para hallar el grado de disociación se hace uso de la siguiente fórmula:
α= ΛΛ∞
En este caso el cálculo se va a realizar para el ácido acético, y vamos a tomar como
ejemplo de cálculo para la solución de CH3COOH (de normalidad corregida =
0.00105N), teniendo así:
α=39 . 55200
α=0 . 1978
Los datos calculados se encuentran en la Tabla N °9.
14
Por otra parte a partir del gráfico Λ vs √N para el HCl
Se tiene que la extrapolación a concentración cero es 511.1
Λ∞ = 511.1
g) Calculando el porcentaje de error:
% Error (Ki CH3COOH)= Ki HAc (teórico) - Ki HAC (exp) x 100
Ki HAC (teórico)
% Error (Ki CH3COOH)= 1,75 x 10 -5 – 3.22 x 10 -5 x 100
1,75 x 10-5
% Error (Ki CH3COOH) = 84%
Igualmente se procede para calcular el error del HCl.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
15
En la medición de la conductividad eléctrica del KCl, pudo haber presencia de aire,
(burbujas) en la celda, esto produce una medición simultanea de la conductividad
del aire; entonces, el valor que se lea en la pantalla del instrumento, no será el
correcto y ya que los demás cálculos dependen de este valor, se arrastra hasta el
final este error.
Otro de los posibles errores, aunque mínimo, pudo ocurrir al momento de valorar
el hidróxido de sodio con biftalato de potasio, tal vez en la medición del volumen
gastado de la base y desde ahí se arrastra ese error dando lugar a errores en las
titulaciones siguientes de las otras soluciones.
CONCLUSIONES
16
En los electrolitos débiles, la conductividad equivalente aumenta considerablemente con
la dilución debido a que el soluto se disocia cada vez más a mayor dilución, dando un
aumento considerable en el número total de iones, que son los transportadores de la
corriente.
En los electrolitos fuertes, la conductividad equivalente experimenta un leve aumento con
la dilución debido a que los iones se mueven más rápido cuando están más separados y no
son retenidos por iones de carga opuesta. El número total de iones que transporta la
corriente sigue siendo prácticamente el mismo.
La conductividad equivalente limite de un electrolito fuerte puede ser hallada en una
gráfica Λ vs √N , el cual se puede observar una línea que resulta aproximadamente una
recta , la cual extrapolando a concentración cero da un valor exacto de la conductividad
equivalente limite del electrolito.
Los electrolitos débiles en su gráfica Λ vs √N , dan curvas bruscas, por lo cual no
pueden ser extrapoladas para una dilución infinita.
En el estado de dilución infinita, cada ion se mueve libremente sin importar la presencia de
los otros y todos los iones conducen la corriente eléctrica.
La conductividad equivalente y la conductividad equivalente límite de un electrolito son
directamente proporcional a la temperatura y a la concentración de la solución.
RECOMENDACIONES
17
Se recomienda una exacta valoración del NaOH con el biftalato de Potasio, ya que con este
se hallaran las normalidades corregidas de las soluciones de HCl y Hac.
La medición de la conductividad eléctrica, se debe hacer con mucho cuidado y
observando detenidamente si en la celda hay burbujas de aire ya que la
conductividad del aire afecta la medición que se desea hacer.
La temperatura influye mucho en la conductividad eléctrica, ya que si se produce un
sobrecalentamiento, el valor puede cambiar mucho en las disoluciones, esto suele
provocarse al agitar la disolución con el fin de eliminar las burbujas de aire en la
celda.
Las conductividades, eléctrica, especifica y equivalente dependen de la
concentración, estas tienen una relación de proporcionalidad inversa, es decir,
cuanto más diluida esté una solución, su conductividad aumentará.
Es recomendable hacer una buena medición de la conductividad eléctrica del KCl
para no tener problemas posteriores en los cálculos que involucran al valor
mencionado antes.
No solo se debe tener cuidado al medir la conductividad eléctrica del KCl, sino la de
todas las soluciones.
Se debe evitar la presencia de aire (burbujas) en la celda al momento de medir la
conductividad.
Se debe evitar una agitación fuerte de las soluciones (si se trata de desaparecer las
burbujas de aire), para así, no producir un sobrecalentamiento de la solución y
obtener buenos valores de conductividad.
BIBLIOGRAFÍA
18
Pons Muzzo. Fisicoquímica, 2º Edición. Editorial Universo S.A, Pág 271-274
Gilbert Castellan. Fisicoquímica, 1º Edición. Editorial Fondo Educativo Interamericano,
Pág 805 - 808
Castellan g., ‘Fisicoquímica’, 1ra edición, Fondo Educativo interamericano, México, 1978. Pág 694 - 698, 709 - 711.
Marón S., Lando, ’Fundamentos de Fisicoquímica’’, 1era Edición, Editorial Limusa,
México, 1978. Pág 918 - 920.
Samuel Glasstone ‘Fundamentos de Fisicoquímica’, Pág 534 - 539.
APÉNDICE
1.- Explique sobre cada uno de los factores que influyen en la conductancia de una solución.
19
Los factores que influyen en la conductancia de una solución son los siguientes: La
concentración, la temperatura, presión y constante dieléctrico del medio.
Tanto la conductancia específica como la equivalente de una solución varia con la
concentración, para electrolitos fuertes a concentraciones de varios equivalentes por litro,
la conductancia específica aumenta marcadamente con el incremento de la concentración.
En contraste, las conductancias específicas de los electrolitos débiles comienzan con
valores más bajos en soluciones diluidas y se incrementan mucho mas gradualmente. De
manera contraria lo que sucede con la conductancia específica, la equivalente de los
electrolitos fuertes y débiles aumenta con la dilución. La razón de todo esto es que el
decremento en la conductancia especifica es mayor que el compensado por el incremento
en el valor de 1/ C por dilución por lo tanto, A asciende.
La conductancia equivalente a dilución infinita aumenta al elevarse la temperatura. Esta
variación puede expresarse por A(t) = Aº ( 1 + B(t-25)) ; donde A(t) y A(25) son los valores
a T y 25ªC respectivamente y B es una constante para cada electrolito, para sales es
aproximadamente 0.019 a 0.021 ; para ácidos y bases son aproximadamente 0.016 y 0.018
respectivamente.
La conductividad de una disolución varía ligeramente con la presión, debido al efecto
principal que es la variación de la viscosidad del medio y a la consiguiente alteración en la
velocidad y por tanto en la conductividad de los iones. La constante dieléctrica del medio
es un factor del cual depende la conductancia observada en los solventes no acuosos por
ello cuando la conductancia de un solvente disminuye, la conductancia de un electrolito
decrece también.
2.- Explique la influencia del movimiento de iones de una disolución sobre la conductividad.
A dilución infinita todos los iones que se pueden derivar de un electrolito toman parte en
la conducción de la corriente por tanto, diluciones que contengan una equivalente De
electrolitos diferentes poseerán, en estas condiciones, números equivalentes de iones, es
20
decir la carga total transportada por cada Ion será la misma para todas las disoluciones. La
cantidad de electricidad que puede pasar a través de un electrolito y por tanto su
conductividad, depende del producto del número de iones, la carga que lleva cada ion y la
velocidad con que se mueven los iones.
3.- Explique que tipo de corriente (C.A o C.C) se utiliza en la determinación de la
conductancia.
El tipo de corrientes irregulares obtenidos que se utilizan para la determinación de la
conductancia es la corriente alterna, los resultados irregulares obtenidos en las primeras
medidas de conductividad de disoluciones eran debido al empleo de corriente continua.
Los gases liberados en los electrodos no solo aumentan la resistencia sino que promueven
una fuerza contra electromotriz de polarización que se opone al paso de la corriente. El
método más satisfactorio para eliminar la polarización consiste en emplear una corriente
alterna de frecuencia elevada y de baja intensidad.
21
