UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y SISTEMAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL
CURSO: FISICOQUIMICA TEMA: CONDUCTRIMETRIA PRESENTADO POR EL ESTUDIANTE DEL TERCER CICLO DE LA ESPECIALIDAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL GRANDA SANTIAGO, YONATHAN SMIETH COD: 1215120417 PROF: ING. OSWALDO CAMASSI PARIONA
2013
OBJETIVOS
Conocer la conductancia especifica del KCl, HCl, NH4Cl, CH3COOH en diferentes concentraciones. Conocer la conductancia equivalentes del KCl, HCl, NH4Cl, CH3COOH en diferentes concentraciones.
Determinar el grado de disociación Y la constante de equilibrio para el ácido acético (CH3COOH). Realizar la ecuación de kohlrausch y la ecuación de Onsager.
TEORIA
Uno de los problemas teóricos fundamentales en electroquímica es explicar cómo las soluciones de electrolitos conducen la corriente eléctrica. Se sabe que los conductores metálicos obedecen la ley de Ohm:
Donde: I: Es la intensidad de corriente (amperios) E: la fuerza electromotriz o diferencia de potencial eléctrico (voltios) R: constante de proporcionalidad, llamada resistencia (ohmios) Y la resistencia R, depende de las dimensiones del conductor:
Donde: L: longitud A: área de la sección transversal ∂: Resistencia específica o resistividad
Las soluciones electrolíticas cumplen la ley de Ohm, lo mismo que los conductores metálicos. El reciproco de la ecuación viene a ser:
Donde: ⁄ : Conductancia ⁄: Conductancia específica o conductividad
A: área de los electrodos planos paralelos l: distancia entre electrodos O sea:
CONDUCTANCIA: Facilidad que tienes las soluciones electrolíticas de dejar pasar la corriente. CONDUCTANCIA ESPECÍFICA: Es la facilidad con que una columna de 1 cm de altura y de sección transversal, de solución electrolítica deja pasar la corriente. La conducción eléctrica en las soluciones depende de las concentraciones de los iones y también de la naturaleza de estos (según su carga y movilidad) y la conductancia como función dela concentración varía según l a condición fuerte o débil de los electrolitos. Los conductores electrolíticos se vuelven mejores conductores al elevarse la temperatura, ya que los iones pueden moverse a través de la solución más rápidamente a temperaturas más elevadas cuando la viscosidad es menor y hay menos solvatación de los iones. CONDUCTANCIA EQUIVALENTE(A): Es la conductancia real de un volumen de solución que contiene un peso equivalente del soluto entre electrodos paralelos con un cm de separación y un campo eléctrico uniforme entre ellos. Si llamamos: V al volumen en , de solución que contiene el peso equivalente de soluto
Si la solución mantiene una normalidad N
Sustituyendo en la ecuación anterior
CONTANTE DE CELDA (K): Las celdas de conductancia usuales no satisfacen los requerimientos para la determinación directa de la conductancia específica, pero es posible determinar el valor de una constante y factor característico K, denominado la constante de celda, tal que:
O sea que:
ECUACION DE KOHLRAUSCH: Sobre la base de sus conductividades, podemos distinguir dos clases de electrolitos: 1. Electrolitos fuertes.- tales como los ácidos: clorhídrico, nítrico, y sulfúrico y sus sales que tienen conductividad equivalente alta, la cual aumenta moderadamente con el aumento de dilución. 2. Electrolitos débiles.- tales como el ácido acético y otros ácidos orgánicos y amoniaco acuoso tienen conductividades equivalentes muy bajas a altas concentraciones, pero estas aumentan grandemente con el incremento de dilución.
De acuerdo a este comportamiento al graficar, vs , solamente es posible la extrapolación para el caso de los electrolitos fuertes, obteniéndose la ecuación lineal.
Es definida como la conductancia equivalente a dilución infinita y es el valor de la A extrapolado a concentración cero. LEY DE KOHLRAUSCH: La conductancia equivalente a dilución infinita del electrolito es la suma de dos términos independientes, uno característico de catión y el otro del anión. Así:
En donde:
: Conductancia equivalente a dilución infinita del catión : Conductancia equivalente a dilución infinita del anión
La ley de KOHLRAUSCH es útil para determinar la conductancia equivalente a dilución infinita, de un electrolito débil, ya que en este caso la conductancia equivalente a dilución infinita no puede determinarse por extrapolación directa. ECUACION DE ONSAGER: Partiendo de la teoría de Deybe Huckel, acerca de la soluciones electrolíticas, Onsager dedujo una ecuación similar a la de Kohlrausch aplicable a soluciones diluidas, que poseen concentraciones menores a 0.02M, y es de la forma:
Donde: α y β : Son constante que dependen:
-temperatura absoluta de la solución - carga de los iones - carga electrónica - constante dieléctrica del solvente α : - depende de los Faraday de carga
- Viscosidad β : - depende de la conductancia iónica equivalente a dilución infinita
Esta ecuación expresa acertadamente la pendiente limite correcta en un gráfico
de A vs TEORIA DE ARRHENIUS: Arrhenius opinó que el grado de disociación de un electrolito débil, tal como el ácido acético puede determinarse de acuerdo a la siguiente ecuación:
Siendo el electrolito débil AB, este de disocia según la ecuación:
En la ecuación: α : Grado de disociación (ionización) : Conductancia equivalente a dilución infinita (todo el electrolito se halla
disociado)
A: Conductancia equivalente del electrolito débil La ecuación anterior es satisfactoria para electrolitos débiles y no puede aplicarse a los electrolitos fuertes, en los cuales la disociación es prácticamente total. CONSTANTE DE EQUILIBRIO (de un electrolito débil): El electrolito débil se disocia según la ecuación: Inicialmente C: concentración de AB α : Grado de disociación por mol de AB
En el equilibrio (después de la disociación) AB:
C - Cα
: Cα : Cα
La constante de equilibrio para la ecuación
Sustituyendo en la ecuación anterior, las concentraciones de las sustancias en equilibrio:
APARATOS Y MATERIALES
Conductímetro modelo
Celda de conductividad
Termostato
Pinzas y soporte
Fiola de 100 ml
Cinco Fiola de 250 ml
Una bureta de 10 ml
Tubo especial para muestras
REACTIVOS
Solución 0.1M de KCl
Solución 0.1M de HCl
Solución 0.1M de CH3COOH
Solución 0.1M de NaCl
PROCEDIMIENTO DE EXPERIMENTAL Este seguro que el conductímetro esté en su correcto selector de voltaje (220V) y conéctelo a la línea de fuerza. Poner el switch en la posición de encendido “ON” y dejar que el instrumento se
caliente, mínimo por 30 minutos. Seguidamente monte la celda de conductividad y conecte. Colocar el swicht de medida calibrado en la posición de calibrado y normalizar el conductímetro con agua de conductividad. AGUA DE CONDUCTIVIDAD: El agua destilada de uso común no sirve para este experimento porque tiene elevada conductancia producida por el CO2 disuelto procedente del aire. Este CO2 se eliminada hirviendo el agua destilada y colocándola, mientras está muy caliente, en un frasco, que es llenado totalmente y se tapa con un capuchón. También se puede utilizar agua destilada pasado por una resina de intercambio iónico para desionizarla. Luego se procede a medir las conductancias con sumo cuidado y precaución, calibrando para cada medición, habiendo colocado antes el switch de medida calibrado en la posición de medida. PROCEDIMIENTO DE DILUCION Se lava la fiola de 100ml y la bureta de 10ml y se enjuagan con agua de conductividad. Se enjuaga la fiola y al bureta con dos o tres pequeñas de la solución madre. Se toma 10ml con agua de conductividad y se mezcla bien de esta forma se tiene una solución de 0.1 (solución madre). Las operaciones descritas se repiten para obtener las diluciones necesarias, lo que ha de hacerse con todo cuidado porque los errores de dilución se acumulan. NOTA: antes de cada medición enjuagar la celda de conductividad con una porción de la solución, cuya conductancia se va a determinar. Cuando no use la celda de conductividad, debe ser guardada en agua destilada limpia. Si se ha de guardar por largo tiempo, es conveniente guárdalo seco, después de enjuagarlo con sumo cuidado con agua destilada.
CALCULOS
1. CONSTANTE DE CELDA (K)
: Conductancia especifica
1.413×
L: conductancia 1.32× Entonces:
K= 1.074545
2. CONDUCTANCIAS DE LAS SOLUCIONES Concentración (c) 0.1M 0.01M 0.001M
KCl(milimh o) 9.15 1.32 0.21
HCl(milimh o) 36.1 11.8 1.75
NH4Cl(milimh o) 9.1 1.37 0.23
CH3COOH(microm ho) 87 84.5 78
3. CONDUCTANCIA ESPECIFICA ( )
Solución HCl
KCl
0.1M 38.6434 0.093129 9.741135 9.79465
0.01M 2.63136 0.0904534 1.466522 1.412999
0.001M 1.87329 0.083495 0.246204 0.224795
4. CONDUCTANCIA EQUIVALENTE
Solución HCl
KCl
0.1M 386.434 0.93129 97.41135 97.9465
0.01M 126.3136 9.04534 146.6522 141.2999
0.001M 187.3290 83.495 246.204 224.795
5. CONDUCTANCIA EQUIVALENTE A DILUCIÓN INFINITA (ácido acético)
Donde: =349.8 =44.5
Entonces:
=394.3
6. GRADO DE DISOCIACION (ácido acético)
Ácido acético α
0.1M 0.00236188
0.01M 0.0229402
0.001M 0.211755
7. PARA EL ACIDO ACETICO
Ácido acético
0.1M 5.591684×
0.01M 5.3866856×
0.001M 0.0568861
9. ECUACIÓN DE KOHLRAUSCH
sustancia
HCl 426.15
KCl 149.87
0.1M 0.01M 0.001M
HCl 0.9068027 0.2964064 0.439584
NH4Cl 149.75
KCl 0.6504931 0.9428164 1.4999332
NH4Cl 0.6504931 0.9793135 1.6441002
HCl
0.1M 8.82312188
0.1M 1.232818078
0.001M 0.3448047
0.01M 15.544715
0.01M 0.1248686
KCl
0.001M ---------
0.1M
0.01M
1.21068074
46.36139179
0.001M ---------
