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Scien t ia et T echnica Año Año XVIII, No xx, Me sxx de Añoxx. Añoxx. Univer sidad Tecnológica de Pereira. ISSN ISSN 0122-1701 0 122-1701
Determinaci Determinación ón del número de transporte tran sporte por el método método de frontera móvil móvil Determination of transport number by mobile border method Autor 1: Tania Tania Sánchez Sánc hez Rodrí Ro dríguez. guez. Autor 2: Willi William am Cañas Valencia Valencia Departamento de Química, Universi Univ ersidad dad tecnológica de Pereira, Pereira, Pereira, Colombia
Se Resumen — Se
determinó el número de transporte por el e l mé mé todo de fronte frontera ra móvil donde donde solo s olo se s e utilizó utilizó ácido clorhídrico con verde de malaquita, donde se encontró que los iones H+ transportaron una fracción de corriente igual a 0.38576 y que los aniones Cl- transportaron una fracción de la corriente corriente igual igual a 0.61424. 0.61424 .
Número Palabra s claves claves — Número
de transporte, Frontera móvil, carga, corriente, electrolito.
Abstract The — The
transport transport number was was determ dete rmined ined by the method of moving boundary where only hydrochloric acid was used with malachite green , where it was found that H + ions transported a fraction of current equal to 0.38576 and Cl- anions transporte transported d a fra fraction ction of the curre curre nt equa e quall to 0.614 0.6 1424 24
Key wor wor ds — Transport Transport number, mobile
(2) En donde z+ es la valencia de la especie positiva y e es la carga del electrón. Debe recordarse que el flujo de cargas positivas es por definición la carga positi positiva va que atrav atraviiesa la unidad nidad de área en la unidad nidad de tiempo. La carga viene dada en culombios. La carga por unidad de tiempo es la intensidad de corriente I. La intensidad de corriente por unidad de área es la densidad de corriente. De esta manera la ecuación (2) también puede escribirse como:
border, load lo ad
current, current, electroly e lectrolyte te..
I.
(3)
INTRODUCCIÓN
En esta ecuación I+ significa corriente transportada por las especies especies positi positiva vas. s. Reorga Reorgani niza zando ndo la Si consideramos un electrolito de formula general ecuación (3) obtenemos: Mv+ Mv- disuelto en agua con una concentración de C mol/dm3 y sometido a un campo eléctrico E, podemos podemos fácil ácilmente ente establ establecer ecer que el número úmero de (4) iones positivos que migran hacia el cátodo pasando por un un área A en un tiem tiempo po t es:
(5) (1) En donde S+ es la rapidez en dm/s, NA es el número de Avogadro y υ+ υ+ es el número de iones positivos que genera una molécula del electrolito. El flujo de cargas car gas positi po sitivas vas será: será : Fecha de Recepción : (Letra Times New Roman de 8 puntos)
En donde F es la constante de Faraday. Es común encontrar la ecuación (5) escrita en términos de la concentración en equivalentes por dm3 (normalidad), en este caso debe recordarse que la concentración equivalente por dm3 es Cz+. Una
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ecuación semejante a (5) puede derivarse para la corriente transportada por las especies negativas, o sea.
(6) La corriente total a través de todo el circuito (la corriente detectada por un medidor en el circuito externo) será:
(7) El número de transferencia de un ión es la fracción de corriente transportada por el, así:
(8) Reemplazando numerador y obtenemos:
(5) en (8) denominador
y multiplicando el por el tiempo t,
(9) En la expresión (9), S+t es el espacio recorrido por el catión en el tiempo t, el cual llamaremos x+ de esta manera:
(10) Una formula semejante puede derivarse para t-, la cual es:
(11) En el estudio de los números de transferencia por el método de frontera móvil se utiliza un tubo largo de
área A y en cada uno de los extremos un electrodo. El movimiento de los iones se monitorea observando la superficie de separación entre el electrodo MX y un electrolito indicador, que puede ser M´X´ o MX´. Obsérvese que debe haber un ión común. Generalmente este segundo electrolito se produce por electrolisis. Por regla general los dos electrolitos tienen índices de refracción diferentes o difieren en color. En cualquier aparato de frontera móvil la solución menos densa debe ser la superior para impedir la convección. Cuando el electrodo superior se hace negativo el límite de separación entre ambos electrolitos se mueve hacia arriba a la velocidad aproximada que llevan los cationes en la solución superior. Por tanto la distancia que se mueve hacia arriba del límite da x+ para el catión M y puede utilizarse la ecuación (10) para calcular el número de transferencia de este catión en solución. Cuando el electrodo más bajo se hace negativo, el electrolito superior se convierte en el electrolito indicador y la superficie de separación se mueve hacia abajo a la velocidad aproximada que llevan los cationes en la solución inferior. Se puede utilizar la ecuación (10) para calcular t+ para los iones positivos en la solución inferior (los iones M´, si la solución inferior es M´X).
II.
PROCEDIMIENTO
Para la determinación del número de transporte por el método de frontera móvil se realizó un montaje muy similar al sistema mostrado en la figura 1, y como generador de corriente se usó una fuente de corriente constante. Los electrodos fueron de cobre y el electrolito fue ácido clorhídrico (HCl) 0.3 M coloreado con verde de malaquita.
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32 36
3
0.32 0.36
Intensidad de corriente
Voltaje
33.03 38.16
1982 2290
0.3 A 19.01 V
Tabla 1. Datos para la determinación del número de transporte por el método de frontera móvil.
Para la determinación del número de transporte se usara la siguiente expresión:
Para lo cual necesitamos determinar dV/dt, por esto se hace necesario realizar una gráfica de la distancia (desplazamiento de frontera) en dm3 contra el tiempo en segundos.
Figura 1. Sistema para la determinación del número de transporte por el método de frontera móvil.
Para iniciar con el experimento, primero se limpiaron los electrodos con ácido nítrico caliente y agua destilada. Se llenó el tubo de tal manera que quedó completamente lleno y libre de burbujas desde el ánodo al cátodo. Se conectaron los electrodos a la fuente de corriente constante y se registró el tiempo en que la frontera entre cada color pasaba por una distancia determinada, en este caso se midió cada 4mm. Los datos obtenidos en este experimento se presentan en la tabla 1.
III.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Determinación del número de transporte Distancia Tiempo (mm) (dm) (min) (s) 4 8 12 16 20 24 28
0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28
3.33 6.63 10.35 14.28 18.50 23.12 27.96
200 398 621 857 1110 1387 1678
Para calcular el volumen se conoció en el laboratorio que para cada 0.04 dm de desplazamiento, en volumen correspondía 1 mL, con esto se tiene:
Distancia (dm) 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 0.36
Volumen (mL) (dm ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1x102 x103 x104 x105 x106 x107 x108 x109 x10-
Tiempo (s)
200 398 621 857 1110 1387 1678 1982 2290
Tabla 2. Datos de distancia, tiempo y volumen para la determinación del número de transporte.
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4
) 3
Desplazamiento de frontera contra tiempo
m d ( 0.01 o t n e i 0.005 m a z a l 0 p s e D
El cambio de color que se presentó en la columna, fue debida al movimiento de H+, generando una mayor acidez, haciendo que el colorante verde de malaquita se tornara de color verde, produciendo una falencia de H+ lo cual generaba el color azul en el lado contrario.
y = 4E-06x + 0.0006 R² = 0.9949 0
500
1000
1500
2000
2500
Tiempo (s)
Grafica 1. Desplazamiento Vs Tiempo dV/dt = pendiente =
4x10 -6 dm3 /s
Para el buen funcionamiento de la práctica es necesario
lo contrario no se garantiza el flujo constante de que haya continuidad del líquido en el aparato, de electricidad. El número de transporte de un ion, en un electrolito dado, representa, en consecuencia, la fracción de la corriente total transportada por aquella clase de iones durante la electrolisis.
+ = ++ ∗ +
-
HCl H + Cl
= 0.3 ˆ3 + = 1 + = 1 = 0.03 = 96440
IV. -
los iones H+ transportan una fracción de la corriente igual a 0.38576 y que los aniones Cltransportan una fracción de la corriente igual a 0.61424
-
El desplazamiento de la frontera móvil de la solución de HCl por un proceso electrolítico con cátodo y ánodo de Cu es directamente proporcional al tiempo La frontera móvil se produce ya que la electrolisis genera iones H+, lo que hace que el indicador acido- base verde de malaquita cambie de un color verde muy claro a un verde-azul y a medida que se va produciendo más iones H+, el color se va homogenizando en toda la solución. Los dos electrolitos deben de tener índices de refracción diferentes o diferir en el color con el fin de observar con claridad la frontera.
-
∗ () ∗ () ∗ ( ) . ˆ ∗ ( ˆ) + = .
+ = . − = 1 0.38576 = . Este método se denomina mejor como “frontera móvil autógena” debido a que solo se llana el tubo con una sola solución (HCl) causando una mayor facilidad en la determinación del número de transporte para este caso el del hidrogeno y también conocerse el del anión cloruro (Cl-). En este método la frontera móvil se autogenera en las inmediaciones del ánodo. La frontera se da como resultado de la diferencia entre los índices de refracción de las dos soluciones contenidas en el tubo (el de la solución original y el de la solución formada en la parte inferior debido a la electrolisis).
CONCLUSIONES
-
V.
REFERENCIAS
Referencias de libros: 1. Jorge Eliecer Alba, H. A. V. S., Melvin Aroldo Duran, Fisicoquimica Aplicada. Pereira, Colombia, 2008; p 314. Referencias de páginas web: 2.http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/NUM ERODETRANSPORTE_24859.pdf
