INSTITUTO INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
LABORA LA BORATORIO TORIO DE DE ELECTROQUIMIC ELECTROQUIMICA A GRUPO: 7IM1
EQUIPO:1
Practica Practica núm ero 3: Conductimetria
INTEGRANTES:
PROFES PROFESORA: ORA: M. en C. BLANCA BL ANCA ZAMORA CELIS
RESUMEN En esta práctica abarcaremos diferentes conceptos que nos darán un enfoque de que es la titulación conductimétricas, y sabemos que las titulaciones conductímetricas son una técnica que sirve para determinar el punto final de una reacción y esta puede aplicarse a una variedad de sustancias. Por medio de un dispositivo llamado conductímetro que tiene un valor de = 1− , esto es la constante de celda mediremos la conductancia que en otras palabras es la inversa de la resistencia, resisten cia, para realizar un grafico y observ observar ar el cambio de pendiente en la solución cuando titulamos y la solución posee un exceso, este punto de cambio de pendiente se llama punto de equivalencia eso es para la primera experimentación, en esta experimentación usamos acido fuerte y base fuerte Para la experimentación 2 se observara el mismo punto de equivalencia y como se comporta la solución con un exceso, en este experimento usaremos un acido débil y una base fuerte. Antes de realizar la experimentación conoceremos el concepto de conductancia de una solución, Es una medida del flujo de corriente que resulta de la aplicación de una fuerza eléctrica dada, y esto depende directamente del numero de p artículas artículas que cont iene . “
”
INTRODUCCIÓN 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 de corriente transportada por cada especie está determinada por su concentración relativa y su movilidad inherente en el medio. La aplicación de las mediciones de conductancia directa al análisis es limitada porque es una propiedad de naturaleza no selectiva. Los usos principales de las mediciones directas han estado confinados al análisis de mezclas binarias de agua-electrolito y a la determinación de la concentración total del electrolito. Esta última medición es particularmente útil como criterio de pureza del agua destilada. Por otra parte, las titulaciones conductimétricas, en las que las mediciones de la conductancia se usan para indicar el punto final de una reacción se puede aplicar a la determinación de una variedad de sustancias. La ventaja principal del punto final conductimétrico es su aplicabilidad a la titulación de soluciones muy diluidas y a sistemas en los que la reacción es relativamente incompleta. Así, por ejemplo, es posible la titulación conductimétrica de una solución acuosa de fenol (kaq ≅10-10) aunque el cambio de pH en el punto de equivalencia es insuficiente para un punto final potenciométrico o con indicador visual. La técnica tiene sus limitaciones. En particular, se hace menos precisa y menos satisfactoria al aumentar la concentración total de electrolitos. Verdaderamente, el cambio en la conductancia debido al agregado del reactivo titulante puede ser enmascarado considerablemente por altas concentraciones de electrolitos en la solución a titular; en estas circunstancias el método no se puede usar . 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 R del conductor: Titulaciones Condu ctimétricas
El agregado de un electrolito a una solución de otro electrolito bajo condiciones que no producen un cambio apreciable en el volumen, afectará la conductancia de la solución dependiendo de si ocurren o no reacciones químicas. Si no ocurre una reacción iónica, tal como en el agregado de una sal simple a otra (por ejemplo, agregado de cloruro de potasio a una solución de nitrato de sodio), la
conductancia simplemente aumentará. Si ocurre una reacción iónica, la conductancia puede aumentar o disminuir; en efecto, con el agregado de una base a un ácido fuerte, la conductancia decrece debido al reemplazo del ion hidrógeno de alta conductividad por otro catión de conductividad más baja. Este es el principio subyacente en las titulaciones conductimétricas, es decir, la sustitución de iones con cierta conductividad por iones con diferente conductividad. Consideremos cómo cambiará la conductancia de una solución de un electrolito fuerte A+B luego del agregado de un reactivo C+D-, suponiendo que A+ (que es el analito) reacciona con D- del reactivo titulante. Si el producto de la reacción AD es escasamente soluble o escasamente ionizado, la reacción se puede escribir:
En la reacción entre A+ y D -, los iones A+ son reemplazados por C+ durante la titulación. A medida que avanza la titulación, la conductancia aumenta o disminuye dependiendo de si la conductancia de C+ es mayor o menor que la de A+. Durante el progreso de la neutralización, precipitación, etc., se pueden esperar, en general, cambios en la conductividad y ello se puede emplear para determinar el punto final. Una titulación conductimétrica implica la medición de la conductancia de la muestra luego de sucesivos agregados de reactivo titulante. Se determina el punto final en un gráfico de conductancia o conductancia específica en función del volumen de titulante agregado. Estas curvas de titulación tienen una variedad de formas, dependiendo del sistema químico en investigación. En general, sin embargo, están caracterizadas por porciones de líneas rectas con pendientes diferentes a cada lado del punto de equivalencia.
Mediciones de Conductancia
Para medir la conductancia de una solución se utiliza un puente de Wheatstone, como se muestra en la Figura 2. El pasaje de corriente a través de una solución de un electrolito puede producir cambios en la composición de la solución en la zona adyacente a los electrodos; además pueden desarrollarse potenciales con la consecuente introducción de errores serios en las mediciones conductimétricas, siempre que no se reduzcan los efectos de polarización a proporciones desestimables. Estas dificultades se eliminan generalmente empleando corrientes
alternas para las mediciones de manera que se reducen considerablemente los efectos de polarización y el grado de electrólisis.
Puesto que se emplea corriente alterna, la celda tendrá una capacitancia que no se balanceará en la resistencia Rs, y por eso es necesario incluir un condensador variable en paralelo con la resistencia de manera que la capacitancia en A-D puede contrarrestarse en D-B. Celdas
El requisito fundamental para una celda conductimétrica es un par de electrodos que están firmemente ubicados en una geometría constante uno con respecto al otro. Estos electrodos están comúnmente patinados para aumentar su superficie efectiva y minimizar los efectos de capacitancia.
Determin ación de la Constante de la Celda
Para muchas mediciones conductimétricas lo que se desea es la conductancia específica. Esta cantidad se relaciona con la conductancia medida L por la relación entre la distancia que separa los electrodos y su superficie. Esta relación tiene un valor fijo y constante para una celda dada, y se conoce como constante de la celda K. La constante de la celda K = l/A depende de la geometría de la celda. Su valor rara vez se determina directamente; en lugar de ello, se evalúa midiendo la conductancia Ls de una solución cuya conductancia específica ks es conocida. Comúnmente se eligen soluciones de cloruro de potasio con este propósito.
Una vez determinado el valor de esta constante, los datos de conductancia L obtenidos con la celda se pueden convertir fácilmente en términos de conductancia específica k.
Control de Temperatura
Las conductividades iónicas equivalentes aumentan marcadamente con el aumento de la temperatura. Para iones diferentes de H+ y OH-, este aumento se debe principalmente a la disminución de la viscosidad del medio. En soluciones acuosas en el intervalo de 0 a 100°C, los cambios en las conductividades de iones diferentes de H+ y OH- tienen un promedio aproximado del 2% por grado. Las conductividades de H+ y OH- tienen coeficientes de temperatura más grandes (alrededor del 14% y 16%, respectivamente). Por lo tanto, se requiere algún control de temperatura durante una titulación conductimétrica. Frecuentemente, es suficiente con sumergir la celda en un baño razonablemente grande de agua o de aceite mantenido a temperatura ambiente. Claramente, aunque es necesaria una temperatura constante, no es importante controlarla en un valor específico para la titulación.
Cambios de Volumen
Durante una titulación el volumen de la solución crece constantemente; a menos que se corrija la conductancia por este efecto, resultan curvas de titulación no lineales. La corrección puede efectuarse multiplicando la conductancia observada por el factor (V0+V)/V0, donde V0 es el volumen inicial de la solución y V es el volumen total del reactivo titulante agregado. La corrección presupone que la conductividad es una función lineal de la dilución; esto es cierto sólo en una primera aproximación. Con el objeto de mantener V pequeño, el reactivo para una titulación conductimétrica es varias veces más concentrado que la solución que se titula. Puede usarse entonces una micro-bureta para agregar el titulante.
Curvas d e Titulación
Las mediciones conductimétricas ofrecen un medio adecuado para la determinación de puntos finales en titulaciones. Para establecer un punto final conductimétrico, se necesitan suficientes mediciones experimentales para definir
la curva de titulación. Luego de corregir el cambio de volumen, se grafican los datos de conductancia en función del volumen de reactivo titulante. Posteriormente se extrapolan las dos porciones lineales y se obtiene el punto de equivalencia en la intersección de ambas. Debido a que las reacciones no son absolutamente completas, las curvas de titulación conductimétrica muestran invariablemente desviaciones con relación a la linealidad rigurosa en la región del punto de equivalencia. Las regiones curvas se vuelven más pronunciadas cuando la reacción en cuestión se hace menos favorable y cuando la solución resulta más diluida. Las porciones lineales de la curva se definen mejor a través de mediciones suficientemente alejadas del punto de equivalencia para que el efecto de los iones comunes impulse la reacción más cerca de completarse; las mediciones en la proximidad del punto de equivalencia, a diferencia de los métodos potenciométricos, no tienen ningún significado. Ciertamente, debido a la hidrólisis, disociación, o solubilidad del producto de reacción, los valores de la conductividad medida en las cercanías del punto de equivalencia no tienen sentido en la construcción del gráfico, dado que la curva será redondeada en una o ambas ramas. En contraste con los métodos potenciométricos o con indicador, que dependen de observaciones en condiciones en las que la reacción es menos completa, el análisis conductimétrico puede emplearse con éxito para titulaciones basadas en equilibrios relativamente desfavorables. En estos casos, la técnica conductimétrica es la más ventajosa. El punto final conductimétrico es completamente inespecífico. Aunque el método es potencialmente adaptable a todos los tipos de reacciones volumétricas, el número de aplicaciones útiles a sistemas de oxidación-reducción es limitado; el exceso sustancial de ion hidronio típicamente necesario para tales reacciones tiende a enmascarar los cambios de conductividad asociados con la reacción volumétrica.
OBJETIVO
El alumno determinará mediante el método conductimétrico la concentración de un electrolito por titulación con otra de concentración conocida.
Objetivos específicos
Construir una gráfica conductancia vs volumen.
Reconocer y localizar el punto de equilibrio en una gráfica conductimétrica.
Calcular el valor de la concentración de una muestra problema utilizando el gráfico conductancia vs volumen.
Calcular la conductancia específica (k) y la equivalente (∆) de la muestra.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
Llenar una bureta con solución titulante de concentración conocida
Tomar la lectura de la conductancia de la solución
Repetir los dos últimos pasos hasta completar una serie de datos
Calibrar la celda de conductividad
Agregar un volumen conocido de solución titulante con agitación constante
Lavar y colocar la celda de conductividad en un vaso con agua destilada
Recibir la muestra problema de volumen conocido
Leer la conductancia de la muestra problema
Realizar lo mismo con el acido debil y base fuerte
Armar el sistema según las indicaciones del profesor
Colocar la celda de conductividad en el recipiente que contiene la muestra problema
Realizar las graficas y calculos correspondientes
MATERIAL Y EQUIPO:
Probeta graduada de 50 ml Vasos de precipitados de 100 ml Bureta graduada de 50 ml Papel milimétrico Celda de conductividad Conductímetro Soporte universal Pinza para bureta
Soluciones
Solución valorada de base fuerte (NaOH) Solución valorada de base débil (NH 4OH) Solución valorada de acido fuerte (HCl) Solución valorada de acido débil (CH 3COOH)
Experimentación N° 1 Datos Experimentales
HCl (ml) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
C ( S) 10020 8394 6873 5635 4861 4611 4458 4465 4877 6410 7966
Titulación Conductimétrica Ácido fuerte - Base fuerte
12000 10000 8000 ) S (
6000
C
4000 2000 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
HCL (ml) Concentración HCl
Gráfica 1: Volumen del ácido fuerte vs Conductancia(porque = 1− )
Aproximadamente el punto de equivalencia esta determinado en el volumen: V HCl = 6.5 ml
11
N equivalente del NaOH
(VHCl)(NHCl) = (VNaOH)(NNaOH)
NNaOH =
(VHCl )(NHCl) VaOH
=
(0.0065 L)(0.05
eq )
0.0 L
= .
Aproximadamente de Gráfica C = k /K = 4400 Ω-1 K = 1cm-1 k = 4400
Ω-1 cm-1
Interpolando C = 4462 Ω-1 k = 4462
Ω-1 cm-1
Experimentación N° 2 Datos Experimentales AD (ml) 0 1 2 3 4 5 6 7 8
C ( S) 1271 1930 2128 3594 5804 7645 9009 10880 11710
Titulación Conductimétrica Ácido débil - Base fuerte 14000 12000 10000 ) S
8000
( C
6000 4000 2000 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Ácido Débil (ml) Concentración ácido débil
Gráfica 2: Volumen del ácido débil vs Conductancia(porque = 1− )
Aproximadamente Vácido = 2 ml
N equivalente del NaOH (Vácido)(Nácido) = (VNaOH)(NNaOH)
NNaOH =
(Vácido )(Nácido) VaOH
=
Aproximadamente de Gráfica C = k /K = 2000 Ω-1 K = 1cm-1 k = 2000
Ω-1 cm-1
Con ayuda de las formulas: C =1/R = SIEMENS
(0.002 L)(0.05 0.0 L
eq )
= .
11
K CELDA= l/AREA = 1 cm/ 1cm2 = 1 cm-1 K especifica= K/R 1 SIEMENS = 1mho 1 SIEMENS = 1000 mS Conversión a siemens
K=1.271 mS * 000
K=1.93 mS * 000
= 0.001271
= 0.00193
siemens = Ω -1
siemens = Ω-1
cm-1
cm-1
= 0.002128
siemens = Ω -1
cm-1
K=3.595 mS * 000 = 0.003595
siemens = Ω -1
cm-1
siemens = Ω -1
cm-1
K=2.128 mS * 000
K=5.806 mS * 000
K=7.648 mS * 000
K=9.010 mS * 000
K=10.87 mS * 000
K=11.70 mS * 000
= 0.005806
= 0.007648 siemens = Ω-1
= 0.009010
siemens = Ω -1
cm-1 cm-1
= 0.01087
siemens = Ω-1
cm-1
= 0.01170
siemens = Ω-1
cm-1
Calculo de la resistencia
R= 1/ C
R= R= R=
0.0027 0.0093 0.00228
= 786.7821 ohm = 518.1347 ohm = 469.9248 ohm
R= R= R= R= R= R=
0.003595 0.005806 0.007648 0.00900 0.0087 0.070
= 278.1641 ohm =172.2356 ohm = 130.7531 ohm = 110.9877 ohm = 91.9963 ohm = 85.4701 ohm
Calculo de la cond uctancia específica
K ESPECIFICA =
K ESPECIFICA = K ESPECIFICA = K ESPECIFICA = K ESPECIFICA = K ESPECIFICA = K ESPECIFICA = K ESPECIFICA = K ESPECIFICA = K ESPECIFICA = K ESPECIFICA =
K CELDA / R
786.782 58.347 469.9248 278.64 72.2356 30.753 30.753 0.9877 99.9963 99.9963
siemens = Ω -1
= 0.001271
cm-1
siemens = Ω-1
= 0.00193
cm-1
= 0.002128
siemens = Ω -1
cm-1
= 0.003595
siemens = Ω -1
cm-1
= 0.005806
siemens = Ω -1
cm-1
= 0.007648
siemens = Ω -1
cm-1
= 0.007648
siemens = Ω -1
cm-1
= 0.009010
siemens = Ω -1
cm-1
= 0.01087
siemens = Ω-1
cm-1
= 0.01087
siemens = Ω-1
cm-1
K ESPECIFICA =
85.470
= 0.01170
siemens = Ω-1
cm-1
Calculo de la conductancia equivalente
Δ =
1000 * KESPECIFICA N
Δ =
1000 * 0.001271
= 66.5445
Ω-1
cm-1 g eqv -1
0.0191 g equivalentes L Δ =
1000 * 0.00193
= 101.0471
Ω-1
cm-1 g eqv -1
= 111.4136
Ω-1
cm-1 g eqv -1
0.0191 g equivalentes L Δ =
1000 * 0.002128 0.0191g equivalentes L
Δ =
1000 * 0.003595
Ω-1
cm-1 g eqv -1
= 303.97
Ω-1
cm-1 g eqv -1
= 400.4188
Ω-1
cm-1 g eqv -1
= 188.2198
0.0191 g equivalentes L Δ =
1000 * 0.005806 0.0191 g equivalentes L
Δ =
1000 * 0.007648 0.0191 g equivalentes L
Δ =
1000 * 0.009010
Ω-1
= 471.72
cm-1 g eqv -1
0.0191 g equivalentes L Δ =
1000 * 0.01087
= 569.1099
Ω-1
cm-1 g eqv -1
0.0191 g equivalentes L Δ =
1000 * 0.01170
= 612.5554
Ω-1
cm-1 g eqv -1
0.0191 g equivalentes L
TABLA DE RESULTADOS DE BASE DEBIL
HCl(ml)
S
R OHM
0
0.001271
786.7821
K ESPECIFICA Ω-1 cm0.001271
1
0.00193
518.1347
0.00193
101.04
2
0.002128
469.9248
0.001271
111.41
3
0.003595
278.1641
0.003595
188.21
4
0.005806
172.2356
0.005806
303.47
5
0.007648
130.7531
0.005806
400.41
6
0.009010
110.9877
0.009010
471.72
7
0.01087
91.9963
0.01087
569.10
8
0.01170
85.4701
0.01170
612.55
Ω-1
Δ cm-1 g
eqv -1
66.54
OBSERVACIONES
En la titulación de la base fuerte observamos como la conductividad empezó alta y descendió y luego de algunos mililitros de ácido clorhídrico ascendió de nuevo. Mientras tanto en la titulación de la base débil la conductividad inicio muy baja y ascendió. El instrumento utilizado (conductimétro) se observó que después de titular el ml de HCl correspondiente y agitarlo, se le introducía el electrodo y se dejaba unos segundos reposar para que se estabilizara la lectura en el instrumento (conductimétro) ya que es muy sensible a los movimientos. Es necesario rectificar el equipo antes de comenzar la experimentación, y esto se hace midiendo la conductividad del agua destilada. Durante la experimentación, es decir, mientras se adicionan los mililitros de HCl a la solución, el electrodo debe permanecer inmerso en ella y sólo se debe agitar ligeramente la solución para tomar la medida de la conductividad Existen aplicaciones industriales importantes, como el uso del agua de alimentación de calderas, el control de la concentración de baños ácidos de piclaje (baños para evitar la putrefacción en tratamiento de pieles), o de baños alcalinos de desengrasado, o control del complemento de operaciones de enjuague o lavado. Y el monitoreo conductimétrico de ríos y lagos es utilizado para controlar la polución y en la oceanografía, las medidas conductimétricas son efectuadas para determinar la salinidad de las aguas.
CONCLUSIONES
Conclusiones
La titulación conductimétrica nos sirve para determinar normalidades en el equilibrio de titulaciones acido-base siendo soluciones acuosas fuerte o débiles, las cuales como son reacciones de neutralización necesitan de una constante agitación.
Na+
NaOH
+ OH – En esta parte hay puntos de Inflexión más bajos
H+ + Cl –
HCl
La normalidad en equilibrio tiene un propósito en especial que es la de determinar la conductancia, así como la construcción grafica para determinar la normalidad faltante de nuestros sistemas acido-base fuerte y acido-base débil.
Conclusiones
Las Titulaciones conductimétricas son muy utilizadas en el análisis de sustancias en las que, al hacer una titulación convencional, es imposible determinar el vire, puesto que la solución está turbia o posee algún color que interviene con el análisis.
Mediante la Titulación conductimétrica no sólo se puede determinar el punto de equivalencia de la solución, sino también, podemos conocer la conductividad de ella, debido a la intervención de un electrodo que mide el flujo de corriente en el electrolito, ocasionada por la aplicación de una fuerza eléctrica. Ésta medición va de la mano con la concentración de partículas cargadas generadas en la solución. Se puede notar que a mayor concentración de ácido, se generan más partículas cargadas y esto origina una resistencia al flujo de la corriente. Como la generación de las partículas es constante, no se obtiene de inmediato la medición correcta de la conductividad, es decir, es necesario esperar a que la lectura se estabilice.
Conclusiones
Dentro de la práctica 3 titulación conductimétrica se llevo a cabo la experimentación donde se utilizo el método conductimétrico para conocer la concentración de un electrolito a partir de una sustancia titulante de concentración conocida la cual nos indicaría por medio de de la construcción de la grafica conductancia VS volumen lo en este caso la titulación no tiene vire es decir solo a medida que va bajando la conductancia de él electrolito nos daremos cuenta que sucede una vez conocido esto determinamos la concentración de las muestras problemas eso ya determinado dentro de este reporte concluyo que la experimentación fue satisfactoria lo cual nos lleva a cumplir los objetivos de la misma.
Conclusiones
Las conclusiones a las que he llegado en esta práctica es que por medio del método de conductimétrico podemos conocer la concentración de él electrolito utilizando una titulación que en este caso es por 1 mililitro, con ayuda de un grafico en el experimento 2 podemos concluir que los valores son altos y van disminuyendo esto es por el alto grado de acidez, pero llegamos a un punto de equivalencia donde la tendencia es ir aumentando y esto se debe a que la equivalencia se pierde, este punto de equivalencia es para obtener la concentración de él electrolito y sirve para ver cómo se comporta una sustancia sin vire simplemente observando con el valor de Conductimetria o en su caso la inversa de la resistencia. Puedo concluir que es un método no poco usual pero de gran relevancia y que la una variable que podemos suponer es el tiempo al medir la conductancia que tiene que ser estable para que sea leído.
BIBLIOGRAFÍA
Fundamentos de la electroquímica de B. B. Damaskín y O. A. Petri de editorial MIR DIAZ, M. y ROIG, A.: Química Física (tomo II). Alhambra, 1975.
COSTA, J. M.: Fundamentos de electródica. Cinética electroquímica y sus aplicaciones. Alhambra, 1981.
KORYTA, J. y DVORAK, J.: Principles of Electrochemistry. Wiley, 1987.
FULLEA, J. Acumuladores Electroquímicos. McGraw-Hill, Madrid, 1994.
WIKIPEDIA: www.wikipedia.com
ARCHIVO PDF http://ocw.uv.es/ciencias/1-1/teo_conductividad_nuevo.pdf
