UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL PRQ – 504 L
PRACTICA N° 2 CARRERA: INGENIERIA QUIMICA NOMBRE: TICONA QUISPE ELIZABETH GRUPO: “C” DOCENTE: ING. GABRIEL MEJIA FECHA DE REALIZACIÓN: 12 DE MARZO DE 2018 FECHA DE ENTREGA: 02 DE ABRIL DE 2018
1
1. OBEJTIVOS Determinar la conductancia conductancia “C”, la conductancia especifica “K”, conductancia conductancia equivalente “ᴧ” de soluciones a diferentes concentraciones.
Analizar el comportamiento de las soluciones en función de su concentración. 2. FUNDAMENTO TEÓRICO La conductividad eléctrica de una solución se define, simplemente, como el inverso de la resistencia eléctrica que se observa en la solución, al circular corriente en condiciones reguladas. La conducción de una corriente eléctrica a través de una solución de un electrolito involucra la migración de especies cargadas positivamente hacia el cátodo y especies cargadas negativamente hacia el ánodo. La conductancia de una solución, que es una medida del flujo de corriente que resulta de la aplicación de una fuerza eléctrica dada, depende directamente del número de partículas cargadas que contiene. Todos los iones contribuyen al proceso de conducción, pero la fracción f racción de corriente transportada por cada especie está determinada por su concentración relativa y su movilidad inherente en el medio. 2.1.
Conductividad eléctrica de las soluciones:
Haremos enfoque en las soluciones electrofilias. Si añadimos una pequeña cantidad de electrolito (sal, acido o base) a un recipiente que contiene agua o algún otro solvente, la mayoría d ellas propiedades físicas del solvente son escasamente afectadas, sin embargo, la conductancia aumenta. Por ejemplo la conductancia de agua es 7.5x10-8, mientras que la conductancia de la solución que contiene apenas un a.oo37% en peso del ácido, es 5000 veces mayor que la del agua pura, y que al disolver un no electrolito como la sacarosa, apenas si se afecta la conductancia.
Las determinaciones de la conductividad reciben el nombre de determinaciones conducto métricas y tienen muchas aplicaciones como, por ejemplo: 2
En la electrólisis, ya que el consumo de energía eléctrica en este proceso depende en gran medida de ella.
En los estudios de laboratorio para determinar el contenido de sales de varias soluciones durante la evaporación del agua (por ejemplo en el agua de calderas o en la producción de leche condensada).
En el estudio de las basicidades de los ácidos, puesto que pueden ser determinadas por mediciones de la conductividad.
Para determinar las solubilidades de electrólitos escasamente solubles y para hallar concentraciones de electrólitos en soluciones por titulación. 2.2.
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 es/cm. Los valores de es/cm son más altos que los de es/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 no (recíproco de ohmio): 1 no/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 Megohmio. El agua ultra pura podría alcanzar 10 negaos 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. 2.3.
Conductancia Electrolítica
Conductancia, La ley de Ohm establece que la corriente i que fluye en un conductor es directamente proporcional a la fuerza electromotriz aplicada E, e inversamente proporcional a la resistencia 3
R del conductor: i = E/R
(1)
La conductancia L de una solución es la inversa de la resistencia eléctrica y tiene unidades de ohm1 [Ω-1] o siemens [S]. Es decir: L = 1/R 2.4.
(2)
Conductancia Específica, k
La conductancia es directamente proporcional a la sección transversal A e inversamente proporcional a la longitud l de un conductor uniforme; entonces (3) donde k es una constante de proporcionalidad llamada conductancia conductancia específica o conductividad . Si estos parámetros se expresan en centímetros, k es la conductancia de un cubo de líquido de 1 cm de lado. Las unidades de la conductancia específica son Ω -1⋅cm-1.
2.5.
Conductancia Equivalente, Λ
La conductancia equivalente Λ se define como la conductancia de un equivalente electroquímico
de soluto contenido entre electrodos separados 1 cm. No se especifica ni el volumen de la solución ni el área de los electrodos; estos varían para satisfacer las condiciones de la definición. Por ejemplo, una solución 1,0 N (1,0 equivalentes por litro) requerirá electrodos con áreas de 1000 cm2; una solución 0,1 N necesitará 10.000 cm2 de electrodos. Debido a la dificultad experimental asociada con el uso de tales electrodos relativamente grandes, la conductancia equivalente no se obtiene de mediciones directas. En cambio, se determina indirectamente a partir de datos de conductancia específica. Para deducir la relación entre la conductancia equivalente Λ, la conductancia específica k y la
concentración N, partimos de la definición de N Se define la Normalidad N como el número de equivalentes electroquímicos por litro de solución, es decir
4
donde V es el volumen de solución en cm3 contenida entre los electrodos y, por lo tanto, puede expresarse en términos de las dimensiones de la celda ce lda como
reemplazando V [cm3] en la ecuación (4) y despejando A [cm2] resulta, de la ecuación (3)
Igualando las ecuaciones (6) y (7)
Según la definición de conductancia equivalente, cuando no eq=1 y l=1cm, L=Λ.
Reemplazando estos valores en la ecuación (8)
O sea,
La ecuación (9) permite calcular la conductancia equivalente Λ en Ω-1 a partir del valor experimental de k en Ω-1⋅cm-1 para una solución de concentración conocida N en eq/l. Conductancia Equivalente Equivalente a Dilución Infinita, Λ∞
5
La conductancia equivalente de una sustancia aumenta a medida que aumenta la dilución. En la siguiente tabla se muestra el comportamiento del cloruro de sodio, que puede considerarse como un electrolito fuerte típico.
Variación de la conductividad molar,
,
con la concentración para distintos electrolitos
3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL i.
Armar el circuito de la figura 1
ii.
Se conecta el circuito uniendo los electrodos y se lee la intensidad de corriente en el amperímetro
iii.
Preparar soluciones de CH₃COOH y de NaCl 0,01 N; 0,1N, 0.25N, 0.5N, y 1N.
iv.
Medir a cada solución 80 ml y colocar en un vaso de 100 ml en el cual se sumergen los 6
electrodos de Cu y se lee en el Amperímetro la intensidad de corriente “I” para
cada solución. 4. MATERIALES Y REACTIVOS
MATERIALES:
Nº 1 2 3 4 5 6
MATERIAL Vaso de precipitados de 250 ml Vaso de precipitados de 100 ml Foco Electrodos de cobre Alambres conductores Probeta de 50 ml
CANTIDAD 2 12 1 2 2 1
REACTIVOS:
Nº 1 2
REACTIVO Ácido acético Cloruro de sodio
5. DATOS, CÁLCULOS Y GRAFICAS 5.1. DATOS. V = 225 Volt. Potencia del foco = 100 watts. Intensidad del agua potable = 0,483 A. Área sumergida = 4 cm * 4 cm = 16 cm2 L = distancia entre los electrodos = 2,5 cm
Ácido acético: CONCENTRACIÓN (N)
0,01
0,1
0,25
0,5
1
INTENSIDAD DE CORRIENTE
0,273
0,383
0,420
0,444
0,449
0,01
0,1
0,25
0,5
1
0,449
0,476
0,479
0,480
0,482
Cloruro de sodio: CONCENTRACIÓN (N) INTENSIDAD DE CORRIENTE
5.2. DETERMINAR LA RESISTENCIA DEL FOCO, DE LAS SOLUCIONES PARA CADA CONCENTRACIÓN Y LA RESISTENCIA TOTAL. 7
= …..1
Para el foco: Calculando la intensidad de corriente del foco
100 = ∙ → = = → = 0,444 225 Calculando la resistencia del foco:
225 = ∙ → = = → = 506,2 506,255 Ω 0,444
Para el ácido acético: De cada solución de ácido acético tenemos su intensidad de corriente y el voltaje es de 225 Volt. Vo lt. Entonces la resistencia de cada una la calculamos con la ecuación:
= CONCENTRACIÓN
INTENSIDAD DE CORRIENTE (A)
RESISTENCIA DE LA SOLUCIÓN (Ω)
0,01 0,1 0,25 0,5 1
0,273
824,176 587,467 535,714 506,757 501,114
0,383 0,420 0,444 0,449
La resistencia total es:
=
CONCENTRACIÓN
RESISTENCIA DE LA SOLUCIÓN (Ω)
RESISTENCIA DEL FOCO (Ω)
RESISTENCIA TOTAL DE LA SOLUCIÓN (Ω)
0,01 0,1 0,25 0,5 1
824,176 587,467 535,714 506,757 501,114
506,25 506,25 506,25 506,25 506,25
1330,426 1093,717 1041,964 1013,007 1007,364
Para el cloruro de sodio: Para solución de cloruro de sodio tenemos su intensidad de corriente y el voltaje es de 225 Volt. Entonces la resistencia de cada una la calculamos con la ecuación:
=
CONCENTRACIÓN
INTENSIDAD DE CORRIENTE (A)
RESISTENCIA DE LA SOLUCIÓN (Ω)
0,01 0,1 0,25 0,5 1
0,449 0,476 0,479 0,480 0,482
501,114 472,689 469,729 468,750 466,805
8
La resistencia total es:
=
CONCENTRACIÓN
RESISTENCIA DE LA SOLUCIÓN (Ω)
RESISTENCIA DEL FOCO (Ω)
RESISTENCIA TOTAL DE LA SOLUCIÓN (Ω)
0,01 0,1 0,25 0,5 1
501,114 472,689 469,729 468,750 466,805
506,25 506,25 506,25 506,25 506,25
1007,364 978,939 975,979 975,000 973,055
5.3.
DETERMINAR LA CONDUCTANCIA “C” PARA CADA SOLUCIÓN.
La conductancia C la calculamos con la ecuación:
=
Para el ácido acético:
1
CONCENTRACIÓN
RESISTENCIA TOTAL DE LA SOLUCIÓN (Ω)
CONDUCTANCIA DE LA SOLUCIÓN (SIEMENS)
0,01 0,1 0,25 0,5 1
1330,426 1093,717 1041,964 1013,007 1007,364
0,00075164 0,00091431 0,00095973 0,00098716 0,00099269
CONCENTRACIÓN
RESISTENCIA TOTAL DE LA SOLUCIÓN (Ω)
CONDUCTANCIA DE LA SOLUCIÓN (SIEMENS)
0,01 0,1 0,25 0,5 1
1007,364 978,939 975,979 975,000 973,055
0,0009927 0,0010215 0,0010246 0,0010256 0,0010277
Para el cloruro de sodio:
5.4.
DETERMINAR LA CONDUCTANCIA ESPECIFICA “k” PARA CADA SOLUCIÓN.
La conductancia especifica k, la calculamos con la ecuación:
1 ∙ = …… ; = ∙ → = Reemplazando en α se tiene:
1 = ∙ → = ∙
Dónde: A = Área de los electrodos = 16,8 cm2 L = distancia entre los electrodos = 3 cm
9
Entonces la unidad de la conductancia específica es:
[ ] =
[] ] 1 = [ ] ∙ [Ω] [] ] ∙[Ω]
Para el ácido acético: RESISTENCIA TOTAL DE LA SOLUCIÓN CONCENTRACIÓN (Ω) 0,01 1444,257 O,1 1114,865 0,25 1069,257 0,5 1042,471 1 1020,456 Para el cloruro de sodio RESISTENCIA TOTAL DE LA SOLUCIÓN CONCENTRACIÓN (Ω) 0,01 1038,672 O,1 984,464 0,25 975,507 0,5 977,468 1 973,562
5.5.
CONDUCTANCIA ESPECIFICA (⁄ ∙ ) 0,000117444 0,000142861 0,000149957 0,000154244 0,000155108
CONDUCTANCIA ESPECIFICA (⁄ ∙ ) 0,000155108 0,000159612 0,000160096 0,000160256 0,000160577
DETERMINAR LA CONDUCTANCIA EQUIVALENTE “Ʌ” PARA CADA SOLUCIÓN.
La conductancia equivalente se la puede calcular con la ecuación:
Λ=
Para el ácido acético: CONCENTRACIÓN (N) 0,01 0,1 0,25 0,5 1
∙ 1000
CONDUCTANCIA ESPECIFICA
CONDUCTANCIA EQUIVALENTE
(⁄ ∙ )
−∙
0,000117444 0,000142861 0,000149957 0,000154244 0,000155108
11,7443601 1,4286141 0,5998286 0,3084876 0,1551079
Para el cloruro de sodio:
10
CONCENTRACIÓN (N)
CONDUCTANCIA ESPECIFICA
CONDUCTANCIA EQUIVALENTE
(⁄ ∙ )
−∙
0,000155108 0,000159612 0,000160096 0,000160256 0,000160577
15,51079 1,59612 0,64038 0,32051 0,16058
0,01 0,1 0,25 0,5 1
5.6.
GRAFICAR Ʌ vs f(N) PARA CADA SOLUCIÓN.
Para el ácido acético CONCENTRACIÓN NORMAL (N) (eq - g)
CONDUCTANCIA EQUIVALENTE
√
−∙
0,01 0,1 0,25 0,5 1
0,1000 0,3162 0,5000 0,7071 1,0000
11,7443601 1,4286141 0,5998286 0,3084876 0,1551079
14.0 12.0 10.0
y = 173.09x4 - 445.79 445.79xx3 + 412.63x2 - 164.25x 164.25x + 24.471 24.471
8.0
Λ6.0 4.0 2.0 0.0 0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
-2.0
La ecuación de la gráfica es: Λ =
173,09√ 445,7 445,799√ 412, 412,63 63√ 164,255√ 24,4 24,471 71 √ 164,2 √ = 0 → = , Experimental 11
Λ vs N 14
12
10
e 8 l t i T s i x 6 A 4
2
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
N
Λ = Λ+ Λ− Donde: Λ + = Conductancia equivalente del catión + = 349, 349,77 Λ − = Conductancia equivalente del anión − = 40,9
= , , = , Valores obtenidos de la tabla que se encuentra en la guía de química general (QMC-100) – Práctica Nº 10 Para el cloruro de sodio: CONCENTRACIÓN NORMAL (N) (eq - g)
CONDUCTANCIA EQUIVALENTE
√
−∙
0,01 0,1 0,25 0,5 1
0,1000 0,3162 0,5000 0,7071 1,0000
15,51079 1,59612 0,64038 0,32051 0,16058
12
18.0 16.0 14.0
y = 241.57x4 - 620 620.32 .32xx3 + 571.35x2 - 225.3 225.37x 7x + 32.931 32.931
12.0
e10.0 l t i T 8.0 s i x 6.0 A 4.0 2.0 0.0 0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
-2.0
La ecuación de la gráfica es: Λ = 241,57√
620, 620,32 32√ 571, 571,35 35√ 225, 225,37 37√ 32,9 32,9331
√ = 0 → = , Experimental
Λ vs N 18 16 14 12 10
Λ
8 6 4 2 0 0
0.2
0.4
0.6
N 13
0.8
1
1.2
Donde: Λ + = Conductancia equivalente del catión + = 50,1 Λ − = Conductancia equivalente del anión − = 76,3
= , , = , Valores obtenidos de la tabla que se encuentra en la guía de química general (QMC –100) – Práctica Nº 10
6. CONCLUSIONES En la práctica se pudo observar que la sal tiene mayor conductividad, también se hizo una prueba con el agua destilada, la cual carece de conductividad. Mientras más concentrada sea, existe mayor conductividad. Se verifico que a mayor concentración se tendrá mayor intensidad de corriente. También que el ácido acético tiene mayor resistencia al flujo de electrones que el cloruro de sodio. También se verifico que el agua destilada no conduce electricidad, electricidad, pero el agua potable si debido que viene con algunas sales.
7.
CUESTIONARIO
7.1. Indicar a qué tipo de electrolitos pertenecen las disoluciones utilizadas. Fundamentar.
= Es un electrolito débil debido a que se disocia parcialmente: ↔ − + = Es un electrolito fuerte debido a que se disocia totalmente: ↔ + − 7.2. ¿Cómo se pueden determinar las conductividades conductividades equivalentes a diluciones infinitas Ʌ (∞)? Se la puede determinar con la siguiente ecuación:
Λ = Λ+ Λ− Donde:
Λ+ = Conductancia equivalente del catión. Λ − = Conductancia equivalente del anión. 7.3.
Determinar Ʌ ( ∞) para las disoluciones de la práctica.
Para el ácido acético:
Λ + = Conductancia equivalente del catión + = 349, 349,77 − Λ − = Conductancia equivalente del anión = 40,9 Λ = 349,7 40,9 = 390, 90,6 14
Para el cloruro de sodio:
Λ + = Conductancia equivalente del catión + = 50,1 Λ − = Conductancia equivalente del anión − = 76,3 Λ = 50,1 76,3 = 126,4 7.4. Determinar las dimensiones de del recipiente que se debería utilizar para poder determinar la conductividad equivalente equivalente de soluciones 0,1 N y 0,01 N.
Para el NaCl 0,01 N Con la resistencia calculada a la concentración de 0,01 N:
= 531, 531,91 9155 Ω Λ = 126, 126,44 Λ =
1000 1000 1000 →= = → = 791,14 ∙ Λ ∙ 126, 126,44 ∙ 0,01 0,01
∙ 0,03 0,03 ∙ 791,14 791,14 ∙ Ω 10000 =∙ →= = ∙ 531,915 Ω 1 = 446,2
Para el NaCl 0,1 N: Con la resistencia calculada a la concentración de 0,1 N:
= 477, 477,70 7077 Ω Λ = 126, 126,44 Λ =
1000 1000 1000 →= = → = 79,11 ∙ Λ ∙ 126, 126,44 ∙ 0,1 0,1
∙ 0,03 0,03 ∙ 79,11 79,11 ∙ Ω 10000 =∙ →= = ∙ 477,707 Ω 1 = 49,68 8.
BIBLIOGRAFIA
Levine, Ira N., Fisicoquímica, 4ª. edición, México, D. F., McGraw Hill, 1998. Costa, J. M., Fundamentos Fundamentos de Electroquímica, España, Ed Alhambra, 1981. Posadas, D., Introducción a la Electroquímica. Serie Química de la OEA. Ed. OEA. Monografía No 22. 1980. Guía de laboratorio de Química General, Facultad de Ingeniería, UMSA
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