FACULTAD DE QUÍMICA, INGENIERIA QUÍMICA E INGENIERÍA

AGROINDUSTRIAL

E.A.P QUÍMICA

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICAA II

PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 14

Profesora:Quím. Víctor Raúl García Villegas

Integrantes:Abanto Chani, Luis Gustavo

Horario: Sábados de 8 am – 2 pm

Fecha de práctica: 08 – 11 – 14

Fecha de entrega: 15 – 11 – 14

Ciudad Universitaria, 15 de noviembre del 2014

CONDUCTIVIDAD

RESUMEN

La conductividad es la capacidad que tienen las sustancias para conducir la corriente eléctrica, esta conducción puede llevarse a cabo mediante electrones, iones en disolución o iones gaseosos.

En esta práctica se plantea como objetivo la determinación de la conductividad de soluciones acuosas de electrolitos fuertes, débiles y su relación con la concentración y temperatura. Para la práctica se prepararon soluciones de KCl 0.01 N; 0.05 N, 0.01 N, 0,002 N y 0,00064 N tanto de CH3COOH como de HCl. Valoramos las soluciones de NaOH (0.01 N = 0.01065 N estandarizado) , HCl y CH3COOH proporcionadas para obtener las normalidades corregidas obteniendo como resultado: 0.04395 N, 0.01044 N, 0.00211 N, 0.00071N para las disoluciones de HCl. Para las disoluciones de HAc se obtuvieron los siguientes resultados: 0.045365 N, 0.00938 N, 0.001952 N, 0.000633 N.

También, se procedió a la calibración del conductímetro. Y luego a la lectura de la conductividad eléctrica, obteniendo como resultado para las disoluciones de HCl: 0.00841 S, 0.00226S, 0.001234 S y 0.0001882 S anteriormente descritas, igual para las disoluciones de HAc: 0.000466 S, 0.0000981 S, 0.0000443 S, 0.0000249 S.

Además la conductividad específica de las disoluciones haciendo uso de las ecuaciones fueron las siguientes: para el HCl: 0.009097 S.cm-1, 0.0024446 S.cm-1, 0.0013348 S.cm-1, 0.0002035 S.cm-1. Para el HAc: 0.0005040 S.cm-1, 0.000106115 S.cm-1, 0.0000478919 S.cm-1 y 0.0000269343 S.cm-1.

También se calculó la conductividad equivalente de todas las soluciones de CH3COOH y HCl: para el HCl 0.04395 N, 0.01044 N, 0.00211 N, 0.00071N fueron 206.98 S.cm2/eq, 234.161 S.cm2/eq, 260.121 S.cm2/eq, 286.72 S.cm2/eq respectivamente. Para el HAc 0.045365 N, 0.00938 N, 0.001952 N, 0.000633 N fueron 11.11 S.cm2/eq, 18.14 S.cm2/eq, 30.49 S.cm2/eq, 42.55 S.cm2/eq respectivamente..Por último la conductividad límite de HCl y CH3COOH fueron de 395.81 y 342.465 (S.cm2 / eq) respectivamente, y el porcentaje de error de K i del ácido acético es de 15.17 %

INTRODUCCIÓN

Siguiendo los trabajos de Humphrey Davy, sobre electrolisis de metales, en 1834, Michael Faraday inició el estudio de la conducción eléctrica en las soluciones acuosas de sales. Faraday llamó aniones, a los iones que se mueven hacia el ánodo, y cationes a los que se mueven hacia el cátodo, y a las sustancias que conducen la corriente, electrolitos.

Las soluciones de electrolitos tienen propiedades coligativas con valores mayores que los correspondientes a su concentración molar. Los electrolitos son sustancias que en solución acuosa o como sales fundidas conducen la corriente eléctrica. Pueden ser ácidos, HCl, H2SO4, CH3COOH, bases NaOH, Ba(OH)2, NH4OH o sales CH3COONa, NaCl (la sal conduce a 802 °C porque se funde) Además, las reacciones de los electrolitos son más rápidas que las de otros reactivos.

Los electrolitos en solución, se dividen en iones de signo contrario, la carga de cada ión es igual a su valencia y el número total de cargas positivas y negativas en la solución son iguales. En los compuestos iónicos los iones existen en todo momento, aún en estado sólido, por eso, cuando se funden los cristales iónicos, los iones también quedan libres para conducir la corriente. Al disolverse en agua los iones se separan de la red cristalina y, se hidratan, son rodeados por moléculas de agua, entonces cada ión queda como una partícula individual.

Según el grado de disociación que presentan, los electrolitos se dividen en fuertes y débiles. Un electrolito es fuerte cuando en solución se encuentra completamente disociado, mientras que un electrolito es débil cuando sólo está parcialmente disociado. Los electrolitos fuertes son los ácidos y bases minerales, con excepción de los ácidos fosfórico y carbónico, y las sales tanto de ácidos minerales como orgánicos. Son electrolitos débiles los ácidos carboxílicos y las bases orgánicas.

PRINCIPIOS TEÓRICOS

Conductividad

Conductividad es la capacidad que tiene la materia de conducir la corriente eléctrica; en los electrolitos está directamente relacionada con el número de iones presentes en la solución, ya que estos conducen la corriente. Los electrolitos fuertes conducen fácilmente la corriente eléctrica porque poseen muchos iones, mientras que los electrolitos débiles la conducen con dificultad porque tienen pocos.

ResistenciaEs la fuerza que se opone a que la corriente eléctrica fluya, se mide en ohms (Ω).

La conductividad está inversamente relacionada con la resistencia de una solución electrolítica, por lo que podemos representarla de la siguiente manera:

C = 1/R = Ω -1 = ohms-1

Factores que Modifican la Conductividad:

a. Tipo de solvente. Cuando el solvente presenta polaridad parecida o igual a la del soluto, mayor será la disociación de este, lo mismo que su conductividad.

b. Temperatura. En general, a mayor temperatura mayor es la disociación y también la conductividad.

c. Concentración. Para las soluciones diluidas, al aumentar la concentración de electrolito, aumenta la conductividad. En soluciones concentradas, las interacciones entre iones de carga contraria son fuertes provocando que la disociación disminuya, por lo tanto, la conductividad ya no aumenta aunque aumente la concentración, e incluso puede disminuir.

d. Fuerza del electrolito. Los electrolitos fuertes conducen mejor la corriente eléctrica que los débiles, porque se disocian casi completamente.

Conducción de electricidad en soluciones electrolíticas

La capacidad de transporte de corriente eléctrica de un conductor cualquiera se evalúa en función de la resistencia eléctrica, R, del material, la cual se define por:

La inversa de la resistencia (1/R) se la denomina conductancia, mientras que la inversa de la resistividad (k=1/ρ) se denomina conductividad. Las unidades de k son Ω-1m-1 ó Sm-1, donde S = Siemens = 1/ Ω

Medición de la conductividad:

Los conductímetros modernos consisten de una celda de vidrio con dos electrodos de negro de Platino de area (A) y distancia definida (l).

La resistencia de la solución se mide mediante un circuito de resistencias en paralelo, denominado Puente de Wheatstone:

La resistencia R3 se varía hasta balancear la corriente (lectura cero en A) que pasa por las dos ramas en paralelo. Se utiliza CA para evitar electrólisis de la solución.

La constante de la celda (l / A) se determina con una solución de referencia (KCl 0.1 mM – 10 mM).

Conductividad molar: Λ

A diferencia de un conductor sólido, en una solución electrolítica el valor de conductividad también depende de la concentración del electrolito presente.

Una magnitud más apropiada es entonces la conductividad molar, que define la conductividad por mol de iones presentes:

Dependiendo de si el electrolito es fuerte o débil, la variación de L con la concentración C de electrolito es diferente. Para electrolitos fuertes se cumple.

PARTE EXPERIMENTAL

MATERIALES Y REACTIVOS

Materiales

Conductímetro Erlenmeyers de 250 mL Pipetas Fiolas Buretas Probetas, baguetas

Reactivos

NaOH ≅ 0,01N HCl ≅ 0,05N HAc ≅ 0,05N KCl QP. Fenolftaleína Solución estándar HI7030 Biftalato de potasio

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Preparación de soluciones

Se prepara 100 mL de solución de KCl 0,01M; 250 mL de soluciones de 0,01; 0,002 y 0,00064N tanto de CH3COOH como de HCl a partir de la solución 0,05N de cada una de ellas.

Se valora las soluciones de NaOH, HCl y CH3COOH proporcionadas como las preparadas, para la soda usamos biftalato de potasio como patrón primario.

Calibración del Aparato

En una probeta adecuada limpia y seca, se vierte la cantidad necesaria de solución estándar Hl7030.

Se lava el electrodo con agua destilada y se seca adecuadamente.

Se sumerge el electrodo y un termómetro en la solución y se anota la temperatura. Realizamos movimiento rotacional del electrodo con la finalidad de eliminar las burbujas de aire atrapadas en la celda.

Encendemos el instrumento con el control correspondiente, con la perilla de coeficiente de temperatura, ajustamos el valor de la temperatura. Así mismo con la perilla respectiva ajustamos el valor de la conductividad leída de tablas del estándar, a la temperatura correspondiente

Regresamos la solución estándar al frasco.

Lectura de la conductividad de soluciones

Se coloca en la probeta ≅ 30mL de la solución de KCl, medimos la temperatura e introducimos el electrodo limpio y seco en la solución cuidando que no queden burbujas atrapadas, descartamos la solución.

Sin enjuagar la probeta, colocamos una nueva porción de solución y repetimos el procedimiento de eliminación de burbujas. Elegimos un rango adecuado de conductividad. Si la escala marca solo 1 en el extremo izquierdo y ninguna lectura en el derecho, significa que el rango de conductividad debe ser mayor, en este caso se debe usar el siguiente rango más alto.

Después de completar la lectura, apague el instrumento. Lavamos y secamos el electrodo.

Se repite todo el procedimiento para las soluciones de HCl y HAc proporcionas, y para todas las preparadas por diluciones.

TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS

Tabla # 1: Condiciones de laboratorio

Presión (mmHg)

Temperatura(0C) % H.R

756 21 96

Tabla # 2: Valoración de NaOH

Peso del biftalato de potasio (g.) 0.0317

Volumen de NaOH (mL.) 14.7

Normalidad corregida 0.01065

SoluciónV NaOH

(mL)Volumen Gastado

de HClNormalidad Corregida

HCl ≈ 0.05N 10 2.4 0.04395

HCl ≈ 0.01 N 10 10.1 0.01044

HCl ≈ 0.002 N 2 4 0.00211

HCl ≈ 0.00064 N 1 14.85 0.00071

SoluciónV HAc (mL)

Volumen Gastado de HCl

Normalidad Corregida

CH3COOH ≈ 0.05 N 2 8.6 0.045365

CH3COOH ≈ 0.01 N 10 8.9 0.00938

CH3COOH ≈ 0.002 N 20 3.7 0.001952

CH3COOH ≈ 0.00064 N 20 1.2 0.000633

Tabla # 3: Estandarización de Soluciones

Tabla # 4:

Datos teóricos de las conductividades especificas del KCl a 0.01 N, conductividad eléctrica experimental del KCl a 0.01N, 23°C y constante de celda

T (°C) K 0.01N (s/cm)

20 1.278 x 10-3

23 1.3566 x 10-3

25 1.409 x 10-3

L (S) 1413 x 10-6

a (cm-1) 1.0817

Tabla # 5:Conductividad específica y conductividad equivalente

Solución L (S) K ( S / cm ) (S x cm2 / eq.)

HCl 0.0551 N 0.00841 0.009097097 206.9874175

HCl 0.0091 N 0.00226 0.002444642 234.1611111

HCl 0.0019 N 0.001234 0.001334818 260.1213218

HCl 0.00071 N 0.0001882 0.000203576 286.7266761

CH3COOH 0.0556 N 0.000466 0.000504072 11.11147801

CH3COOH 0.0093 N 0.0000981 0.000106115 18.14353313

CH3COOH 0.0024 N 0.0000443 0.0000479193 30.49391321

CH3COOH 0.00079N 0.0000249 0.0000269343 42.55028436

Tabla # 6:

Datos para la gráfica de conductividad equivalente () vs N SOLO PARA ÁCIDOS FUERTES – LEY DE KOLHRAUSH (Gráfica 1)

Solución N () ( S.cm2/eq)

HCl 0.04395 N 0.209642553 206.9874175

HCl 0.01044 N 0.102176318 234.1611111

HCl 0.00211 N 0.045934736 260.1213218

HCl 0.00071 N 0.026645825 286.7266761

Tabla # 7:

Datos para la gráfica de conductividad equivalente (1 / ) vs NV SOLO PARA ÁCIDO DÉBILES – LEY DE DILUCIÓN DE OSTWALD (Gráfica 2)

Solución N (1/) ( S.cm2/eq)

CH3COOH 0.045365 N 0.5040722 0.089997028

CH3COOH 0.009389 N 0.170358704 0.055116057

CH3COOH 0.001952 N 0.059524119 0.03279343

CH3COOH 0.000633 N 0.02693433 0.023501606

Tabla # 8:Conductividad límite de HCl y CH3COOH

∞ HCl S * cm2 / eq ∞ CH3COOH S * cm2 / eq.

395.81 342.465

Tabla # 9:Porcentaje de error de la constante de ionización

Ki (teórica) 1.8 x 10-5

Ki (experimental) 2.07 x 10-5

% error 15.17

Tabla # 10:Porcentaje de error de ∞ de HAc

∞(teórica) 300.141

∞ (experimental) 342.465

% error 14.10

Tabla # 11:

Porcentaje de error de ∞ de HCl

∞(teórica) 426.160

∞ (experimental) 395.81

% error 7.12

CÁLCULOS

d) Grafique vsN para el HCl y (1 / vs NV) para el HAc.

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250

50

100

150

200

250

300

350

f(x) = − 396.588648117797 x + 285.111244452665R² = 0.906655698767676

vsN (HCl) GRÁFICA 1

N

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

f(x) = 0.133391778678176 x + 0.0249779340003829R² = 0.967372951734024

(1 / ) vs N (HAc) GRÁFICA 2

N

(1 /

)

ANÁLISIS DE RESULTADOS

El porcentaje de error obtenido en el cálculo de la Ki del HAc, que es de 15.17 %, y de la conductividad infinita del HCl y de HAc, que fue de 7.12 % y 14.10 % respectivamente, puede ser debido a un error en la preparación de la solución de KCl 0.01N, con esto, todos los cálculos se verían afectados, pues a partir de la lectura obtenida de la conductividad de ésta solución se obtuvo la constante de celda, que será utilizada para hallar las conductividades específicas de cada solución.

El error con respecto a la gráfica de HCl se debe principalmente a una medición incorrecta de las conductividades de cada solución, esto ocasiona con la gráfica no sea lineal para el ácido fuerte. Con respecto al ácido acético la gráfica indica el comportamiento de un electrolito débil debido a su baja disociación.

También 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 arrastraría el error hasta el final.

Otro error que también afecta los cálculos, sucede al momento de valorar el hidróxido de sodio con biftalato de potasio, la medición del volumen gastado de la base y el peso usado de biftalato nunca es 100% exacto, a partir de allí se arrastran errores de cálculo.

CONCLUSIONES

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 límite de un electrolito fuerte puede ser hallada

en una gráfica Λ vs√N , la 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 límite del electrolito.

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

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

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Gilbert Castellan. Fisicoquímica, 1º Edición. Editorial Fondo Educativo

Interamericano, Pág 805 - 808

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Limusa, México, 1978. Pág 918 - 920.

Pons Muzzo. Fisicoquímica, 2º Edición. Editorial Universo S.A, Pág 271-

274

Samuel Glasstone ‘Fundamentos de Fisicoquímica’, Pág 534 - 539.

CUESTIONARIO

1.- Explique sobre cada uno de los factores que influyen en la conductancia de una solución.

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 más 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 equiv. De electrolitos diferentes poseerán, en estas condiciones, números equivalentes de iones, es 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.