INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLOGICAS QUIMICO FARMACEUTICO INDUSTRIAL 4FM2
Laboratorio de Fisicoquímica Farmacéutica Fa rmacéutica PROFESORA: Esther Ivonne Royan García Practica 4: Mediciones de Conductividad Fecha de práctica: 07 de Marzo de 2016
Alumnos: Arriaga Baeza Daniel García García Ana Alicia Vera Palacios Alejandro
OBJETIVOS
Determinar gráficamente la conductividad eléctrica específica y la conductividad eléctrica equivalente de CH3COOH, HCl y NaOH en solución, en función de la concentración. Determinar gráficamente y por medio de la ecuación de kohlrausch la conductividad equivalente a dilución infinita para electrolitos fuertes Aplicar de manera práctica los conceptos de conductividad eléctrica específica, conductividad eléctrica equivalente.
PROPÓSITO
Comprobar el fundamento revisado en teoría y asociarlo con conocimientos previos. Conocer la importancia de la conductividad equivalente y específica en soluciones de electrolitos y aplicarla a problemas futuros en la industria.
INTRODUCCIÓN Aplicaciones
Control de purga en calderas: Deben eliminarse de la caldera los productos químicos que se introducen a través del agua de alimentación. No hacerlo puede motivar que el sistema de la caldera sufra la formación de incrustaciones, corrosión, metal agrietado y quebradizo, arrastre de sólidos y espuma., muchas veces esto es continuamente supervisado por la conductividad de cationes que es la conductividad del agua después de haber pasado a través de una resina de intercambio catiónico. Este es un método muy sensible para vigilar las impurezas aniónicas en el agua de la caldera, en presencia de exceso de cationes (los del agente alcalinízate usualmente utilizado para el tratamiento de agua). La sensibilidad de este método se basa en la alta movilidad de H + en comparación con la movilidad de otros cationes o aniones.
Calidad de los suministros públicos de agua: Se usa la conductividad para eliminar iones de Mg, Na, Cl, que pudieran haber quedado en el agua y así poder distribuirse a hospitales.
Instrumentos de medición
Medidor de conductividad PCE Aparato de múltiples capacidades para la inspección de la calidad del agua. El medidor de conductividad sirve para el control en el agua de los valores del pH, conductividad, oxígeno y es así también muy apropiado para la medición de la temperatura.
Medidor de conductividad para conductividades bajas.
Medidor de conductividad universal
para el uso en agua, aguas residuales, soluciones químicas, etc .
El medidor de conductividad multifunción para laboratorios Combina los parámetros pH, conductividad, resistencia, TDS y salinidad. En el parámetro pH el medidor de conductividad multifunción para laboratorios HI 4521-02 destaca por la función de control y calibración Cal Check™, por una calibración en 5 puntos y ta mpones personalizados. La función Cal Check™, integrada en el medidor de conductividad multifunción para laboratorios, compara en cada calibración de pH los nuevos datos de calibración con los anteriores.
Detector de conductividad Se utiliza en cromatografía de gases y es uno de los primeros utilizados. Tiene una amplia aplicación y su uso se basa en la diferencia de conductividad térmica del gas portador cuando circula también analito
Conductimetro de sobremesa
Aparato que mide la resistencia eléctrica que ejerce el volumen de una disolución encerrado entre los dos electrodos
DESARROLLO De los soluciones de electrolito proporcionadas
Hidróxido de Sodio Hacer disoluciones NaOH 2.0 N HCl O.1 N CH3COOH 1.0
Ácido Clorhídrico
Hasta 0.001 N
Efectuar las lecturas de conductancia Utilizando un conductimetro
Ácido acético Las mediciones se harán de forma ascendente de concentración, a una T° constante
RESULTADOS Constante de la celda K=1 Acido Acético Concentración (N) .001 .01 1 2
G-Conductancia (1/ Ώ)
Ácido Clorhídrico Concentración (N) .001 .01 1 2
G-Conductancia (1/ Ώ)
Hidróxido de Sodio Concentración (N) .001 .01 1 2
G-Conductancia (1/ Ώ)
0,000166 0,000208 0,001251 0,001533
0,001296 0,011462 0,107796 0,196078
0,000625 0,002531 0,134952 0,212765
X-Conductividad Especifica (1/ Ώ*cm) 0,000166 0,000208 0,001251 0,001533 X-Conductividad Especifica (1/ Ώ*cm) 0,001296 0,011462 0,107796 0,196078 X-Conductividad Especifica (1/ Ώ*cm) 0,000625 0,002531 0,134952 0,212765
λ Conductancia
equivalente (cm /eqL * Ώ) 166,9 20,83 1,251 ,7665 ²
λ Conductancia
equivalente (cm /eqL * Ώ) 1296 1146,2 107.796 98.039 ₂
λ Conductividad
equivalente (cm /eqL * Ώ) 625 253,1 134,952 106,3825 ₂
Figura 1: Conductividad eléctrica especifica de CH 3COOH, HCl y NaOH en solución, en función de la concentración.
En la figura 1 se muestra la variación de la conductividad eléctrica específica con la concentración para NaOH, HCl (electrolitos fuertes) y CH 3COOH (electrolito débil). El comportamiento general es el mismo para todos los electrolitos fuertes. Encontramos que el HCl se comporta de manera lineal ya que al ser un ácido inorgánico fuerte sus protones se mueven con mayor facilidad en el solvente (H 2O), después encontramos a NaOH la cual presenta desviaciones estos se debe a que el ion hidroxilo presenta una mayor dificultad para trasportarse en el solvente (H 2O). El ácido acético no presenta un conductividad ya que este no se disocia totalmente en solvente (H 2O). Existe un aumento inicial de la conductividad para el HCl y NaOH a medida que aumenta la concentración hasta un valor máximo, lo que se explica por existir un mayor número de iones dispuestos para la conducción. A partir de un determinado valor de concentración, la conductividad comienza a disminuir, debido a que las interacciones asociativas entre los iones dificultan la conducción de la corriente.
Figura 2: Conductividad eléctrica equivalente de CH 3COOH, HCl y NaOH en solución, en función de la raíz cuadra de su concentración.
En la figura 2. Observamos que la conductividad eléctrica equivalente depende de la concentración del electrolito. Si variamos la concentración de electrolitos fuertes (HCl y NaOH) y débiles (CH 3COOH), la conductividad eléctrica equivalente de los electrolitos fuertes disminución con la raíz cuadrada de la concentración. Disminuye lentamente cuando aumenta la concentración, debido a que aumentan las atracciones entre iones de signo contrario disminuyendo su movilidad y su solvatación es menor. Para el caso del HCl el cual tiene un mayor grado de disociación , cuando se encuentra muy diluido el ion Cl - es solvatado por moléculas de agua y esto le permite moverse con mayor facilidad y su protón “salta” de manera fácil entre las moléculas de agua por tal motivo su conductividad eléctrica equivalente es mayor a la de NaOH. La conductividad depende del número de iones presentes en disolución y, por tanto, del grado de disociación del electrolito En cuanto a los electrolitos débiles muestran valores máximos de conductividad eléctrica equivalente cuando está muy diluidos ya que se encuentran solvatados por el agua en su totalidad y su grado de disociación es mayor.
Figura 3: Conductividad eléctrica equivalente de CH 3COOH, HCl y NaOH en solución, en función de su dilución.
En la figura 3 Se puede observar que el ácido acético aunque estaba muy diluida su concentración no aumento mucho lo que nos vuelve a indicar que es un electrolito débil, ya que depende del grado de disociación y no de la dilución. Por otra parte en el ácido clorhídrico se observa que entre mayor sea la dilución mas ideal se vuelve, ya que su conductancia aumenta porque se disocia completamente y da lugar a protones que son tomados por moléculas de agua y transportados hasta el electrodo para así conducir electricidad, y por ultimo podemos ver que el hidróxido de sodio también al estar más diluido aumenta pero se nota que no aumenta tanto como el HCl debido a que se disocia en iones hidroxilo y estos toman un protón del medio y luego lo liberan y otra molécula de hidroxilo u agua vuelve a tomar el protón y lo transportan hasta el electrodo para conducir la electricidad.
Figura 4: Conductividad eléctrica equivalente de CH 3COOH, HCl y NaOH en solución, en función de la raíz cuadra de su concentración. Al extrapolar valores de concentración en la gráfica encontramos la conductividad eléctrica equivalente a dilución infinita ( λ ∞ ) de HCl y NaOH.
Con ayuda de la Ecuación de Kohlrausch la cual nos indica que a mayor concentración menor será conductividad eléctrica equivalente, realizamos la regresión lineal a los datos obtenidos experimentalmente de HCl y NaOH, colocando en el eje de las x la √C y en el eje de las y la λ. Obteniendo así la siguiente ecuación y = -922.8x + 1249.3 en el caso del HCl y para NaOH y = -27469.x + 454.69. Ecuación de la recta Ecuación de Kohlrausch
y= m x + b λ = -A √C + λ∞
Teniendo entonces que la conductividad equivalente a dilución infinita para el HCl es de 1249.3 eq.ohm -1 cm2 y para el NaOH es de 454 eq.ohm -1 cm2 El ácido acético es un electrolito débil por tal motivo no sigue la Ley de Kohlrausch, su conductividad molar a dilución infinita ( λ∞), no puede ser determinada por extrapolación en una gráfica de λ vs. √C o por regresión lineal. Basándonos en la Ley de las Migraciones Independientes, el valor de λ∞ puede ser calculado a partir de los valores de las conductividades molares iónicas a dilución infinita de λ+H + λ-CH3COO
λ∞CH3COOH = λ+H + λ-CH3COO λ∞CH3COOH = 349.6 + 40.9 λ∞CH3COOH = 390.5 eq.ohm -1 cm2
DISCUSIÓN Al hacer la medicion de conductividad en el Acido acetico y al graficar se muestra que los valores no difieren mucho, en la grafica de condutividad equivalente de muestra que aunque se aumente la dilusion del acido acetico la conductancia equivalente de este, no difiere mucho por lo que casi sigue una recta al igual que en la grafica de conductividad electrica especifica/concentracion En el caso del Acido Clorhidrico que es un electrolito fuerte puesto es un acido inorganico, por lo que al graficar en el eje Y la conductividad especifica y en el eje X la concentracion vemos que la curva entre mayor sea la concentracion, mayor sera la conductividad, y esto es debe a que aun no llega a la concentracion en la cual se satura. Mientras que en la grafica de conductividad equivalente, vemos que entre mayor sea la dilusion, mayor sera la conductancia equilvante, y esto es razonable a lo que dice la teoria al ser un acido fuerte. En el caso del Hidroxido de Sodio que es un electrolito fuerte, puesto que es una base fuerte, en la grafica de conductividad especifica vemos que como lo dice la teoria a una concentracion mayor, siempre y cuando no se llegue a la saturacion, se demuestra que la conductividad especifica es mayor. Y esto lo corroboramos con la grafica de conductividad equivalente se demuestra que a mayor disolucion mayor sera la conductividad equivalente debido a que la nube ionica al estar en un medio mas diluido decrese debido al aumento de la movilidad de los iones. Arriaga Baeza Daniel Al realizar las mediciones de diferencia de potencial (mV) de las distintas soluciones de electrolitos a diferentes concentraciones, se pudo comprobar gráficamente lo revisado en teoría, la conductancia eléctrica equivalente en soluciones de electrolitos está en función de su disociación. Como se puede observar gráficamente, el ácido clorhídrico fue quien presento una mayor conductividad, siendo este un ácido fuerte, al disociarse libera un protón, quien busca estabilizarse y lo consigue formando un ion hidronio con el agua que se encuentra en el medio, sin embargo energéticamente es más inestable un ion hidronio comparado con una molécula de agua, es así como esta busca deshacerse de un protón, esto se realiza
sucesivamente, y es este brinco de protones quien genera una gran conductividad, es lo que se conoce como “mecanismo en cadena”. Por otro lado tenemos al NaOH en 2° lugar de conductividad, quien sigue este mismo mecanismo en cadena, pero de forma contraria, ya que este al disociarse forma al ion hidroxilo que lo que busca es quitarle un protón al agua y así sucesivamente, esto genera su conductividad eléctrica, sin embargo es menor a la de los acido débiles ya que es más fácil añadirle un protón al agua que quitárselo como lo hace una base fuerte. En cuanto a las sales, aunque no se experimentó con ellas, podemos deducir que estas al no liberar protones ni necesitarlos no puede generar un mecanismo en cadena, lo que provoca su baja conductividad. Por otro lado sabemos que la conductividad aumenta generalmente con la temperatura, ya que disminuye la viscosidad del disolvente, permitiendo el movimiento libremente de los iones, sin embargo esto no se pudo comprobar ya que mantuvimos la temperatura constante durante las mediciones. García García Ana Alicia Los electrolitos que mejor conducen la corriente electricidad son los ácidos inorgánicos fuertes ya que estos al tener protones, los cuales se mueven con mayor facilidad en el solvente en este caso agua , ayudan a conducir mejor las cargas tal como se observó en el caso del HCl el cual presenta una mayor conductividad eléctrica especifica en comparación con el NaOH el cual también es un electrolito fuerte pero este libera iones hidroxilo los cuales se mueven con mayor dificultad en el solvente. Para el caso del electrolitos débiles como es el ácido acético el cual no es un buen conductor de la corriente eléctrica, ya que no se disocian totalmente por lo cual no pueden trasportar las cargas de manera eficiente. En la conductividad eléctrica específica nos indica que a mayor concentración de electrolitos, mayor será la conductividad pero llegara a un punto máximo y después de este se saturara la solución por lo tanto la conductividad disminuirá ya que las interacciones entre los iones aumentara. Para este caso es importante tener un gran número de iones presenten en el área siempre y cuando no se sature. Para la conductividad eléctrica equivalente es importante tomar en cuenta el grado de disociación ya que las soluciones deben de estar muy diluidas para que los iones se disocien por completo y pueden conducir la corriente eléctrica. En este caso no se toma encuentra el área sino que el número de iones presenten en la solución debe de ser menor para que estos se muevan con mayor libertad. Vera Palacios Alejandro
CONCLUSION
La conductividad eléctrica equivalente de una solución electrolítica no varía linealmente con la concentración La conductividad eléctrica equivalente de una solución electrolítica aumenta en función de su disociación La ecuación de Kohlraush que especifica conductividad equivalente a dilución infinita se adecua solo para electrolitos fuertes. La conductividad eléctrica equivalente en ácidos débiles sigue la ley de la migración independiente de los iones.
FUENTES 1. http://ocw.uv.es/ciencias/1-1/teo_conductividad_nuevo.pdf Recuperado el 9/03/2016 Recuperado el 11/03/2016 2. Chang. Raigmond (1987). "Fisicoquimica con aplicaciones a sistemas biológicos". 3ra edición, ediciones CECSA. pp 158,159. 3. Skoog, Donald M. West, F. James Holler. (1997). Fundamentos de química analítica, Volumen 2. Editorial Reverte, Pág. 129
