Conductividad de soluciones electrolíticas

pág. 15

pág. 0

PRÁCTICA Nº 13 CONDUCTIVIDAD DE SOLCUCIONES ELECTROLÍTICAS


Miércoles 2-8pm FQAII "B"
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
(Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA)









FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE QUÍMICA
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA AII

Profesor(a): Huerta Villanueva, ClaudiaAlumna: Alvarez Gamboa, Jussara Código: 13070003Profesor(a): Huerta Villanueva, ClaudiaAlumna: Alvarez Gamboa, Jussara Código: 13070003
Profesor(a): Huerta Villanueva, Claudia
Alumna: Alvarez Gamboa, Jussara Código: 13070003
Profesor(a): Huerta Villanueva, Claudia
Alumna: Alvarez Gamboa, Jussara Código: 13070003



Fecha de Realización de la práctica: Miérc, 19 de octubre del 2016

Fecha de entrega del informe: Miércoles, 26 de octubre del 2016

LIMA – PERÚ
2016 - I




ÍNDICE


I. Resumen 2
II. Introducción 3

III. Principios Teóricos 4

IV. Detalles Experimentales 6

V. Tabulación de datos y resultados experimentales 7

VI. Análisis y discusión de resultados 10

VII. Conclusiones 11
VIII. Recomendaciones 12
IX. Bibliografía 13
X. Apéndice 14
Cuestionario 14
Gráficas 16









RESUMEN


El objetivo de esta práctica es la determinación de la conductividad de soluciones acuosas de electrolitos fuertes, débiles y su relación con la concentración y la temperatura.
Para esto se trabajan bajo las condiciones de laboratorio:
P(mmHg): 756, T(°C): 22, %HR: 93
Se trabajó a una temperatura de 22,4°C para medir la conductividad de las soluciones de HCl y HAc, siendo estas las siguientes 3,54ms, 601μs, 368μs; 275μs, 195μs, 300μs respectivamente.
La solución estándar arrojó un valor de 1352μs
Los porcentajes de error para el HCl con respeto a la conductividad es : -41,17%
Para el CH3COOH con respecto a la onductividad es: 6,58%
Para el Ki es : -6,67%















INTRODUCCIÓN

Al determinar la conductividad se evalúa la capacidad del agua para conducir la corriente eléctrica, es una medida indirecta la cantidad de iones en solución (fundamentalmente cloruro, nitrato, sulfato, fosfato, sodio, magnesio y calcio). La conductividad en los cuerpos de agua dulce se encuentra primariamente determinada por la geología del área a través de la cual fluye el agua (cuenca). Por ejemplo, aguas que corren en sustrato graníticos tienden a tener menor conductividad, ya que ese sustrato está compuesto por materiales que no se ionizan. Descargas de aguas residuales suelen aumentar la conductividad debido al aumento de la concentración de Cl- , NO3 - y SO4 -2, u otros iones. Debe tenerse en cuenta que derrames de hidrocarburos (aceites, petróleo), compuestos orgánicos como aceites, fenol, alcohol, azúcar y otros compuestos no ionizables (aunque contaminantes), no modifican mayormente la conductividad. La unidad básica para medir la conductividad es el siemens por centímetro. El agua destilada tiene una conductividad en el rango de 0,5 a 3 µSiemens/cm (un µS1 es la millonésima parte de un Siemens). La conductividad de nuestros sistemas continentales generalmente es baja, variando entre 50 y 1.500 µS/cm. En sistemas dulceacuícolas, conductividades por fuera de este rango pueden indicar que el agua no es adecuada para la vida de ciertas especies de peces o invertebrados. Algunos efluentes industriales pueden llegar a tener más de 10.000 µS/cm. Es por esto que la conductividad es una medida generalmente útil como indicador de la calidad de aguas dulces. Cada cuerpo de agua tiene un rango relativamente constante de conductividad, que una vez conocido, puede ser utilizado como línea de base para comparaciones con otras determinaciones puntuales. Cambios significativos pueden ser indicadores eventos puntuales de contaminación.1








PRINCIPIOS TEÓRICOS

Conductividad eléctricaConductividad eléctrica
Conductividad eléctrica
Conductividad eléctrica



La podemos definir como la capacidad de un cuerpo, de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de si. La conductividad eléctrica puede presentarse en los diferentes estados de la materia, como el estado líquido, sólido y gaseoso. A continuación, solo se considerará las disoluciones acuosas, que utilizan agua líquida como solvente.
 

La Conductividad en este tipo de disolución está relacionada con la presencia de solutos iónicos en el disolvente, cuya disociación genera iones positivos y negativos capaces de transportar la corriente eléctrica a través de la solución. 

Podemos dividir a los solutos en dos categorías: electrolitos y no electrolitos. Un electrolito es una sustancia que al disolverse en agua se disocia o separa en sus correspondientes iones (especias químicas que presentan carga positiva o negativa), formando una disolución que conduce la corriente eléctrica. Dicha disolución, se conoce como disolución electrolítica. Un soluto del tipo no electrolito, es una sustancia no conductora de la corriente eléctrica, debido a que no genera iones, constituyendo parte de una disolución no electrolítica. Por ejemplo, la glucosa, la sacarosa y la sucralosa (edulcorante) son compuestos covalentes que en disolución acuosa no conducen la electricidad. Recuerda que un compuesto que esta formado por enlaces covalentes, constituye un compuesto covalente.5

Conductividad molarConductividad molar
Conductividad molar
Conductividad molar

La conductividad de una solución es una medida de la facilidad con la cual la corriente eléctrica fluye a través de la solución. Esta varía con la temperatura y con la naturaleza y concentración del soluto. El valor de no es una cantidad muy útil para comparar la conductividad de diferentes solutos en soluciones de diferente concentración, esto es debido a que si una solución de un electrolito tiene mayor concentración que otra, la más concentrada tendrá mayor conductividad por tener más iones. Para establecer una comparación más correcta se necesita una propiedad en la cual se compense la diferencia de concentración en las disoluciones. Kohlrausch introdujo el concepto de conductividad equivalente, que hoy conocemos como conductividad molar, m. Se define m como la razón entre la conductividad electrolítica,, y la concentración molar, c (mol L-1 )
m c
Generalmente la conductividad molar se expresa en (S cm 2 mol-1 ). Como la conductividad, se expresa en (S cm-1 ) y la concentración en (mol L -1 ) se introduce un factor de corrección para hacer compatibles las unidades.4
La ecuación para m que se deberá usar es:
m (S cm 1 ) c(mol L 1 ) c (S cm -1 )1d m3mol c (S cm-1 ) mol 1d m3 1000cm31d m3
m 1000 c (Scm2mol-1 )
donde el factor 1000 es debido al cambio de unidades de L (dm3 ) a cm3 .
















DETALLES EXPERIMENTALES


Materiales:
Conductímetro, erlenmeyers de 250mL, pipetas, fiolas, bureta, probeta, vasos, bagueta, papel filtro.


Reactivos:

NaOH 0,01 N, HCl 0,005N, HAc 0,005 N, KCl Q.P., fenolftaleína, solución estándar H17030, biftalato de potasio.

PROCEDIMIENTO
Se preparó 100mL de solución de KCl 0,01M, consecuentemente luego 250 mL de soluciones 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 valoró NaOH, HCl y CH3COOH, así como de la soluciones anteriores. Para el hidróxido se utilizó el biftalato como patrón primario.
Ya con las soluciones preparadas, se procedió a calibrar el instrumento con la solución estándar, haciendo una lavada de electrodos antes de cada medida de conductividad.
Con ayuda de una probeta, vertemos un poco de solución de cada muestra y se empezó a medir la conductividad de cada sustancia evitando las burbujas, para esto se eliminan, para evitar errores de lectura.






TABULACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES

TABLA N°1: CONDICIONES DE LABORATORIO

P(mmHg)
T(°C)
%H
756
22
93


TABLA N°2: DATOS EXPERIMENTALES

TABLA N°2.1: PREPARACIÓN DE SOLUCIONES
NaOH
N teórica
W NaOH (g)
W biftalato (g)
V gastado de NaOH (mL)
N corregido

0,01
5
0,0207
6,2
0,0163

KCl
N teórica
W teórico (g)
W experimental (g)
N experimental

0,01
0,0745
0,0755
0,0101

Para las soluciones HCl, HAc
Sustancia
Vusado (mL)
VNaOH gast (mL)
NTeórico (N)
Ncorregido (N)
Cond. Ele (μs)
T(°C)
HCl
10
5,9
0,001
0,0096
3,54(ms)
22,4

20
2,3
0,002
0,00187
601


40
1,7
0,00064
0,00069
368

HAc
10
5,0
0,001
0,0082
275


20
2,4
0,002
0,001956
195


40
1,7
0,00064
0,00069
300



TABLA N°2.2: MEDICIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA DE LA SOLUCIÓN ESTÁNDAR Y EL KCl


Cond. Elec (μs)
T(°C)
KCl
1394
22,4
Sol. Estándar
1352



TABLA N°3: DATOS TEÓRICOS:
Factor de Ajustes
H+
0,0142
CH3COO-
0.02186


Conductividad a 25° C

H+
349,65
CH3COO-
40.9

TABLA N°4: GRÁFICA N°1
ʌ

N
(385,33)
9,79 . 10-2
(341,71)
4,32 . 10-2
(566,66)
2,63 . 10-2

TABLA N°5: GRÁFICA N°2
ʌ

N
(35,61)
9,06 . 10-2
(105,61)
4,43 . 10-2
(462,32)
2,63 . 10-2


TABLA N°6: GRÁFICA N°3
1ʌ
N.ʌ
0,028
0,2920
0,009468
0,20699
0,002163
0,3190

TABLA N°7: Porcentajes de error

Ki
-6,67%
CH3COOH
-6,58%
HCl
-41,17

















ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

La gráfica N°1 muestra una disminución lineal de la conductancia con respecto a la raíz cuadrada de la concentración.

En la gráfica N°2 se muestran valores máximos de la conductancia cuando c 0 (dilución infinita), pero disminuye rápidamente a valores bajos cuando aumenta la concentración.

En la gráfica N°1 se observa que lo siguiente:

La conductividad molar depende de la concentración del electrolito. Sería independiente de la misma si la conductividad fuese directamente proporcional a la concentración, pero esto no es así debido a que la interacción entre los iones es disociativa a concentraciones bajas y asociativa a concentraciones altas.































CONCLUSIONES



Para medir la conductividad, se utiliza corriente alterna, para así evitar la electrólisis.

La conductividad de una solución de un electrolíto fuerte a baja concentración sigue la ley de kohlraush, al disociarse completamente.

El grado de disociación de los iones aumenta con la dilución, es por eso que en una dilución infinita la conductividad la conductividad infinita depende de la temperatura a la que se trabaja ya que a mayor temperatura, aumentará.

La conductividad disminuye a medida que a medida que la concentración aumenta.

La conductividad disminuye con el tamaño del ión.














RECOMENDACIONES


Debido a que la conductividad depende de la temperatura, esta debe ser mantenida lo más contaste posible para una buena medición de todas las soluciones bajo ese rango y evitar los posibles errores.

El agua destilada en la práctica debe ser la más pura posible, ya que al momento de hacer el lavado de los electrodos, si esta tiene aún presencia de electrolitos, mediante el lavado, puede que el equipo haga una mala medida por el contacto que hubo entre los iones del agua destilada.

















BIBLIOGRAFÍA


(1) http://imasd.fcien.edu.uy/difusion/educamb/propuestas/red/curso_2007/cartillas/tematicas/Conductividad.pdf

(2) ATKINS Peter, Química Física, 8a Edición, editorial médica panamericana, 2006, pág: 766

(3) http://materias.fi.uba.ar/6731/conductividad

(4) http://ocw.uv.es/ciencias/1-1/1teo_conductividad_nuevo.pdf

(5) http://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?id=215744

(6) Handbook of Chemistry an physics, 1era edición, editor – in – chief Robert C Weast, página: D- 105, D-106, D-101






ANEXOS
CUESTIONARIO
1.- Describir las diferencias del mecanismo de la conducción por iones de hidrógeno del mecanismo de los otros iones.
Según el mecanismo de Grotthuss, hay un movimiento efectivo del protón que involucra el reordenamiento de uniones en un grupo de moléculas de agua. Sin embargo, el mecanismo real aún es muy controvertido. La atención se centra hoy en día en la unidad de H9O4+ en la cuál el ión trigonal planar H3O+ está unido fuertemente a 3 moléculas de agua de solvatación. Este cluster de átomos asimismo se hidrata, pero los puentes de hidrógeno más débiles de esta esfera secundaria (fig 1a). Después de que estos enlaces se rompen y la molécula liberada rota algunos grados (un proceso que toma cerca de 1 ps), ocurre un rápido ajuste de longitudes y de ángulos de enlace en el cluster restante, para formar un catión H5O2+ de estructura H2O---H+ ---OH2 (fig 1b). Poco después de esta reorganización, se forma un nuevo cluster H9O4+ ya que otras moléculas rotan a una posición donde pueden pasar a formar parte de una esfera secundaria de hidratación, pero ahora, la carga positiva está situada en una molécula a la derecha de su localización inicial (fig 1c). Según este modelo, no hay movimiento coordinado de un protón a lo largo de una cadena de molésculas, simplemente hay saltos muy rápidos entre los sitios vecinos, con una energía de activación baja. El modelo es consistente con la observación de que la conductividad molar de protones aumenta al incrementarse la presión, ya que el aumento de presión rompe los puentes de hidrógeno en agua. La movilidad de NH4+ es también anómala y ocurre probablemente mediante un mecanismo análogo.2

2.- Describa y proponga un método experimental para un sistema homólogo que aplique los objetivos de la práctica.
Método empleando geometría cilíndrica
Este método fue usado por peimera vez en 1905. Se emplean dos cilindros concéntricos, alojando el material a testear entre ellos. En el interior del cilindro de menor diámetro se coloca la resistencia calefactora, la cual está cubierta con otro cilindro para uniformizar la temperatura superficial.
La medición de la temperatura se efectúa sobre los cilindros exterior e interior, empleando termocuplas para ello.
El método se emplea para medir la conductividad en materiales tales como sólidos, aislantes, refractorios y para construcción, para líquidos, gases y metales a altas temperaturas.
En esta caso se tienen pérdidas de calor por los extremos de los cilindros. Una forma de solucionar esto es construyendo cilindros tan largos como sea posible, calefaccionarlos en toda su longitud y efectuando la medición en la zona central. Si la longitud de cilindro a emplear es relativamente pequeña, se disponen termocuplas en el sentido del eje axial del cilindro, de modo de determinar las pérdidas en los extremos, conocida la conductividad térmica del material del tubo. Otro método de solucionar el inconveniente consiste en colocar calefactores auxiliares en el extremo para compensar las pérdidas.
Para medir la conductividad térmica en gases y líquidos, el dispositivo a emplear es un tubo capilar lleno de fluido a testear, en el cual se introduce un elemento calefactor, formado por un muy buen conductor eléctrico. La resistencia debe ser ubicada según el eje axial del tubo capilar. La temperatura del capilar se asume igual a la del líquido, y se mide empelando una termocupla. La temperatura del calefactor se conoce indirectamente midiendo la resistencia eléctrica del mismo y conociendo su coeficiente de variación con la temperatura.
Para todos los casos, el valor de la conductividad térmica se calcula con:


Donde L es la longitud del cilindro3