TEMA: DETERMINACIÓN TEMA: DETERMINACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA EN SOLUCIÓN SALINA.
INTRODUCCIÓN. Desde el punto de vista físico-químico, los conductores más importantes son los del tipo electrolíticos, conocidos como electrolitos. Éstos se distinguen de los conductores (los metales) por el hecho de que el paso de una corriente eléctrica va acompañada por el transporte de materia. Existen dos grupos de conductores electrolíticos, el primero está conformado por sustancias puras (las sales fundidas) y el segundo por disoluciones. De éste último los ejemplos más completamente estudiados son disoluciones de ácidos, bases y sales en agua. La conductividad eléctrica es la capacidad de un cuerpo o medio para conducir la corriente eléctrica, es decir, para permitir el paso a través de las partículas cargadas, bien sean los electrones, los transportadores de carga en conductores metálicos o semimetálicos, o iones, los que transportan la carga en disoluciones de electrolitos. Muchos materiales tienen la capacidad de conducir la electricidad, debido a que están compuestos por iones (partículas cargadas eléctricamente), cuyas cargas pueden ser positivas o negativas, como es el caso de los metales, sales disueltas en agua, compuestos ácidos y básicos, entre otros. Así también, existen materiales que no tienen esta capacidad, ya que están conformados por partículas con carga eléctrica neutra, o sin carga, como es el caso de algunos plásticos, el vidrio, la madera, el agua destilada (agua en su máximo estado de pureza), entre otros. También existen los materiales semiconductores, como es el caso del silicio, con el cual se fabrican los chips de los computadores, y el aire. En el siguiente proyecto van a ser consideradas las herramientas que permitan evaluar las magnitudes que se obtienen al medir la facilidad con la que una corriente eléctrica pasa a través de una disolución, esto ocurre cuando la carga es arrastrada por el movimiento de aniones (cargados negativamente) y cationes (cargados positivamente) y esta movilidad, es lo que justamente se tratará de cuantificar cuantificar y relacionar con la conductividad conductividad eléctrica de las soluciones. soluciones.
JUSTIFICACIÓN. La realización de este proyecto es necesario comprobar que ciertas sustancias conducen la electricidad en medio acuoso. Además esta práctica conlleva a que el estudiante obtenga mejor conocimiento y que también a través de ello los demás compañeros obtenga experiencia sobre los experimentos que se realizarán posteriormente. Considerando que la misión de esta institución es formar profesionales con calidad humana altamente calificada con sentido crítico capaz de adaptarse a las nuevas tendencias y a las demás circunstancias cambiantes en el medio interno y externo. Conjuntamente para que el catedrático sea más didáctico, que conllevaría a un mejor entendimiento de cada una de las cátedras dictadas dentro del laboratorio de Química por lo que nosotros hemos previsto la implementación de este proyecto.
MARCO TEORICO: Conductividad eléctrica.- Es la medida de la capacidad de un material o sustancia para dejar pasar la corriente eléctrica a través de él. La conductividad depende de la estructura atómica y molecular del material. Los metales son buenos conductores porque tienen una estructura con muchos electrones con vínculos débiles, y esto permite su movimiento. La conductividad también depende de otros factores físicos del propio material, y de la temperatura. La conductividad es la inversa de la resistividad; por tanto, σ=1/ρ , y su unidad es el S/m (siemens por metro) o Ω−1·m−1. Usualmente, la magnitud de la conductividad (σ) es la proporcionalidad entre el campo eléctrico E y la densidad de corriente de conducción J: J=σ.E
Conductividad eléctrica en diferentes medios Los mecanismos de conductividad eléctrica entre los tres estados de la materia. Por ejemplo en los sólidos los átomos como tal no son libres de moverse y la conductividad se debe a los electrones. En los metales existen electrones cuasi-libres que se pueden mover muy libremente por todo el volumen, en cambio en los aislantes, muchos de ellos son sólidos iónicos.
Conductividad en medios líquidos. La conductividad electrolítica en medios líquidos (Disolución) está relacionada con la presencia de sales en solución, cuya disociación genera iones positivos y negativos capaces de transportar la energía eléctrica si se somete el líquido a un campo eléctrico. Estos conductores iónicos se denominan electrolitos o conductores electrolíticos. Las determinaciones de la conductividad reciben el nombre de determinaciones conductométricas y tienen muchas aplicaciones como, por ejemplo: 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. 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 electrólito, es decir, su solubilidad. Un método práctico sumamente importante es el de la titulación conductométrica, o sea la determinación de la concentración de un electrólito 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. La conductividad eléctrica se utiliza para determinar la salinidad (contenido de sales) de suelos y substratos de cultivo, ya que se disuelven éstos en agua y se mide la conductividad del medio líquido resultante. Suele estar referenciada a 25 °C y el valor obtenido debe corregirse en función de la temperatura. Coexisten muchas unidades de expresión de la conductividad para este fin, aunque las más utilizadas son dS/m (deciSiemens por metro), mmhos/cm (milimhos por centímetro) y según los organismos de normalización europeos mS/m (miliSiemens por metro). El contenido de sales de un suelo o substrato también se puede expresar por la resistividad (se solía expresar así en Francia antes de la aplicación de las normas INEN).
Conductividad en medios sólidos. Según la teoría de bandas de energía en sólidos cristalinos, son materiales conductores aquellos en los que las bandas de valencia y conducción se superponen, formándose una nube de electrones libres causante de la corriente al someter al material a un campo eléctrico. Estos medios conductores se denominan conductores eléctricos. La Comisión Electrotécnica Internacional definió como patrón de la conductividad eléctrica: Un hilo de cobre de 1 metro de longitud y un gramo de masa, que da una resistencia de 0,15388 Ω a 20 °C al que asignó una conductividad eléctrica de 100 % IACS(International Annealed Copper Standard, Estándar Internacional de Cobre Recocido). A toda aleación de cobre con una conductividad mayor que 100 % IACS se le denomina de alta conductividad (H.C. por sus siglas inglesas). Medición de la conductividad eléctrica. La conductividad eléctrica es el recíproco de la resistencia en ohms, medida entre las caras opuestas de un cubo de 1.0 cm de una solución acuosa a una temperatura especificada. Esta solución se comporta como un conductor eléctrico donde se pueden aplicar las leyes físicas de la resistencia eléctrica. Las unidades de la conductividad eléctrica son el Siemens/cm ( las unidades antiguas, eran los mhos/cm que son numéricamente equivalentes al S/cm ). En la práctica no se mide la conductividad entre electrodos de 1 cm3 sino con electrodos de diferente tamaño, rectangulares o cilíndricos, por lo que al hacer la medición, en lugar de la conductividad, se mide la conductancia, la cual al ser multiplicada por una constante ( k ) de cada celda en particular, se transforma en la conductividad en S/cm. Conductividad = Conductancia de la muestra *k k = d/A k: Constante de la celda d: distancia de la separación de los electrodos A: Área de los electrodos Así, un electrodo de 1 cm de separación y con área de 1 cm , tendrá una k = 1 La medición eléctrica se efectúa mediante un instrumento denominado conductímetro que consiste en un [[puente de Wheastone para medir resistencias. Las resistencias R1 y R2 son fijas y
su valor va de acuerdo al intervalo de conductividad que se pretende medir. La resistencia Rx es la que proporciona la solución a la cual se le va a medir la conductividad. La resistencia R3 se varía en forma continua hasta poner en equilibrio el puente, de tal forma que no pase corriente hacia el medidor.
Factores que influyen en la medición. La exposición de la muestra al aire atmosférico, puede causar cambios en la conductividad, debido a pérdida o ganancia de gases disueltos, en especial el CO2. Esto es especialmente importante para aguas de alta pureza, con concentraciones bajas de gases y sustancias ionizables. Para evitar esto se debe tener una atmósfera inerte de nitrógeno o helio sobre la muestra. Sustancias no disueltas o materiales que precipiten lentamente en la muestra, pueden causar ensuciamiento en la superficie de los electrodos y causar lecturas erróneas. El ensuciamiento por sustancias orgánicas, bioensuciamientos y corrosión de los electrodos, causan lecturas inestables o erróneas. El factor de correlación para obtener los valores cuantitativos de los sólidos totales disueltos solo es válido cuando la muestra tiene un pH entre 5 y 8, a valores mayores o menores de pH, los resultados no serán confiables. Se tendrá que ajustar el valor del pH a cerca de 7.0 utilizando un ácido o una base débil según sea necesario.
Conductímetro. El conductímetro o conductivímetro es un aparato que mide la resistencia eléctrica que ejerce el volumen de una disolución encerrado entre los dos electrodos,1 según la siguiente ecuación, para un conductímetro cuyos electrodos sean cuadrados y tengan la misma área: k= 1/R . l/A Donde k es la conductividad de la disolución, R es la resistencia que mide el conductímetro, l es la distancia entre los electrodos y A es el área de estos. El aparato mide la resistencia, y dependiendo del electrodo, realiza las operaciones necesarias y muestra la conductividad en la pantalla.
Electrolito. Un electrolito o electrólito es cualquier sustancia que contiene en su composición iones libres, que hacen que se comporte como un conductor eléctrico . Debido a que generalmente se encuentran iones en una solución, los electrolitos también son conocidos como soluciones iónicas, pero también son posibles electrolitos fundidos y electrolitos sólidos . Esta característica permite clasificar los solutos en “electrolitos” y “no electrolitos”. Un electrolito será el que al disociarse da origen a una gran concentración de iones, hecho que permite mayor conductividad eléctrica.
Se considera en la práctica que un electrolito fuerte se descompone en un 100%, lo cual impide equilibrios entre sus iones y la molécula correspondiente. Un electrolito débil se disocia muy poco, de manera que no se produce una suficiente concentración de iones, por lo que no puede haber flujo de corriente eléctrica. Las sustancias no electrolíticas tienen enlaces covalentes no polares que mantienen su individualidad al no ser disociadas por la acción de fuerzas electrostáticas. Algunas sustancias con enlaces covalentes polares no conducen la corriente eléctrica mientras se encuentran en estado sólido, líquido o gaseoso. Pero si se forma una solución acuosa, disolviéndolas en agua, conducen la corriente eléctrica, lo que indica que se han formado iones. Una solución es una fase cuya composición puede variar en forma continua (entre ciertos límites), es decir, las fases de composición variable . De esta manera, las soluciones son mezclas homogéneas de moléculas (en casos particulares también de átomos, iones) de dos o más sustancias entre las cuales existen interacciones físicas y frecuentemente químicas. Se denominan electrolitos aquellas sustancias que al disolverse en agua, se disocian en sus iones (positivos y negativos). A su vez, estos electrolitos se clasifican de la siguiente manera: ∗
Débiles - Disociación parcial - Equilibrio Electrolitos Fuertes - Disociación total – no equilibrio El movimiento de los iones al momento de la disociación ocurre por solvatación, que es la combinación de las moléculas o iones del soluto con las moléculas del solvente. Un conductor es un material que ofrece una mínima resistencia al paso de una corriente eléctrica; por su parte, el inverso de la resistencia específica es conocido como conductividad. Cuando pasa una corriente eléctrica a través de un conductor electrolítico, el transporte de materia se manifiesta en las discontinuidades del sistema.
Electroquímica. Cuando se coloca un electrodo en un electrólito y se aplica un voltaje, el electrólito conducirá electricidad. Los electrones solos normalmente no pueden pasar a través del electrólito; en vez de ello, una reacción química sucede en el cátodo, consumiendo los electrones del cátodo, y otra reacción ocurre en el ánodo, produciendo electrones para ser capturados por el ánodo. Como resultado, una nube de carga negativa se desarrolla en el electrólito alrededor del cátodo, y una carga positiva se desarrolla alrededor del ánodo. Los iones en el electrólito se mueven para neutralizar estas cargas para que las reacciones puedan continuar y los electrones puedan seguir fluyendo. Por ejemplo, en una solución de sal ordinaria (cloruro de sodio, NaCl) en agua, la reacción en el cátodo será: 2H2O + 2e− → 2OH− + H2 (con lo que burbujeará gas hidrógeno); La reacción en el ánodo es: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e− (con lo que se liberará gas oxígeno).
Los iones sodio Na+ positivamente cargados reaccionarán hacia el cátodo, neutralizando la carga negativa del OH− ahí presente, y los iones cloruro Cl − reaccionarán hacia el ánodo neutralizando la carga positiva del H+ de ahí. Sin los iones provenientes del electrólito, las cargas alrededor de los electrodos harían más lento el flujo continuo de electrones; la difusión de H+ y OH− a través del agua hacia el otro electrodo llevaría más tiempo que el movimiento de los iones de sodio más prevalentes. En otros sistemas, las reacciones de los electrodos pueden involucrar a los metales de los electrodos, así como a los iones del electrólito. Los conductores electrolíticos pueden ser utilizados en dispositivos electrónicos donde la reacción química en la interfase metal/electrólito produce efectos útiles.
El Agua: Propiedades eléctricas. El agua tiene una constante dieléctrica relativamente elevada (78,5 a 298 K) y las moléculas de sustancias con carga eléctrica se disocian fácilmente en ella. La presencia de iones disociados incrementa notablemente la conductividad del agua que, por contra, se comporta como un aislante eléctrico en estado puro. El agua puede disociarse espontáneamente en iones hidronios H3O+ e hidróxidos OH-. La constante de disociación Kw es muy baja —10-14a 25 °C, lo que implica que una molécula de agua se disocia aproximadamente cada diez horas. El pH del agua pura es 7, porque los iones hidronios e hidróxidos se encuentran en la misma concentración. Debido a los bajos niveles de estos iones, el pH del agua varía bruscamente si se disuelven en ella ácidos o bases. Es posible separar el agua líquida en sus dos componentes hidrógeno y oxígeno haciendo pasar por ella una corriente eléctrica, mediante electrólisis. La energía requerida para separar el agua en sus dos componentes mediante este proceso es superior a la energía desprendida por la recombinación de hidrógeno y oxígeno.
Cloruro de Sodio: Propiedades químicas. Es un compuesto iónico formado por un catión sodio (Na+) y un anión cloruro (Cl-), y, como tal, puede sufrir las reacciones características de cualquiera de estos dos iones. Como cualquier otro cloruro iónico soluble, precipita cloruros insolubles cuando es agregado a una disolución de una sal metálica apropiada, como nitrato de plata: NaCl(aq) + AgNO3(aq) → AgCl(s) + NaNO3(aq) Otro método para separar ambos componentes es mediante la electrólisis. Si se aplica una corriente eléctrica continua con un elevado potencial a una salmuera alcalina, el producto anódico es gas dicloro(Cl2) y los catódicos son hidróxido de sodio (NaOH) y dihidrógeno (H2). Electrólisis: 2 NaCl(aq) → 2 NaOH(aq) + Cl2(gas) + H2(gas)
PLANTEAMIENTO. Observar las características de las sustancias y determinar cuál de ellas conducen la electricidad.
OBJETIVOS: OBJETIVO GENERAL: Determinar la conductividad eléctrica en una solución salina.
OBJETIVO ESPECÍFICO: Determinar con otras sustancias la conductividad eléctrica.
MATERIALES: Un Transformador (de 110v a 12v) Una Bombilla Cables Un Vaso
SUSTANCIAS: Agua de la llave Sal (Cloruro de Sodio NaCl) Azúcar Zumo de limón
ESQUEMA:
PROCEDIMIENTO: 1.- Se prueba el Transformador (de 110v a 12v) conectándolo al tomacorriente y luego se juntan los extremos de los cables que están unidos a la bombilla para probar que hay paso de energía o corriente eléctrica. 2.- Una vez probado el Aparato, se llena el vaso con agua de la llave y se le adiciona un poco de sal 3.- Luego se introducen los cables a la solución salina (Agua + Sal) y la bombilla se encenderá. 4.- Posteriormente se incrementará la cantidad de sal para comprobar más resultados. 5.- Hacer lo mismo con las demás sustancias que se utilizarán.
RESULTADOS: Tabla de las diferentes conductividades eléctricas.
SUSTANCIAS
CONDUCTIVIDAD ELECTRICA
AGUA DE LA LLAVE SAL EN AGUA AZÚCAR EN AGUA ZUMO DE LIMÓN EN AGUA
NO SI NO SI
OBSERVACIONES
ENERGÍA SUFICIENTE POCA ENERGÍA
La sal y el zumo de limón en agua si conducen la electricidad debido a sus iones disueltos, en cambio no así con el azúcar y el agua de la llave que no tuvieron conducción de electricidad.
CONCLUSION FINAL: En conclusión se pudo determinar la conductividad eléctrica a través de la solución salina (agua + sal) ya que la sal es un electrolito fuerte. Así mismo se pudo determinar la conductividad eléctrica de algunas sustancias. Las soluciones acuosas conducen bien la electricidad porque contienen partículas móviles con carga (iones). Los iones en solución permiten que el agua conduzca la electricidad tal es el caso del NaCl (sal) que al entrar en contacto en el agua ésta se disocia en ión Na+ e ión Cl-, por lo tanto hay conductividad eléctrica. Así mimo con el zumo de limón disuelto en agua. Cuanto mayor es la concentración salina de una solución, mejor conduce la electricidad y mayor es su conductividad eléctrica. El agua sin sales disueltas no conduce la electricidad, así mismo sucede con el azúcar que no se disocia en el agua, solo se disuelve por lo tanto no es conductor de electricidad.
RECOMENDACIONES: Se recomienda hacer pruebas con otras sustancias para saber si son conductoras de electricidad.
BIBLIOGRAFIA: https://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_el%C3%A9ctrica https://www.ecured.cu/Conductividad_el%C3%A9ctrica https://danielanibalgalatro.wordpress.com/2009/08/18/electrolitos-fuertes-y-electrolitosdebiles/comment-page-1/ https://es.wikipedia.org/wiki/Electrolito https://es.wikipedia.org/wiki/Conduct%C3%ADmetro https://es.wikipedia.org/wiki/Agua https://es.wikipedia.org/wiki/Cloruro_de_sodio
ANEXOS:
