Ley de Ohm y conductimetría. Martínez Arellano Daniel 1, Rodríguez Sánchez José Manuel 2. 1,2
Laboratorio de física, Departamento de física, Universidad nacional Autónoma de México, facultad de química laboratorio A!!" campus ciudad universitaria, #ircuito $scolar, !%&1! #iudad de México, D'(' E-ail! )ose'manu'rd*+otmail )ose'manu'rd*+otmail'com 'com
dan-.o.1/+otmail'com Resumen. Resumen.
En esta práctica se determinaron las constantes Ʌ∞ y b para la disolución de NaCl las cuales son constantes que dependen de la conductividad a dilución infinita y de la naturalea del electrolito! respectivamente. "e pudo obtener dichas constantes a trav#s de la relación que esta establ bleci eció ó $ohl $ohlra raus usch ch quie quien n enco encont ntró ró que que la condu conduct ctiv ivid idad ad mola molarr depe depende nde de la concent concentrac ración ión del electr electroli olito to y que! en soluci soluciones ones diluid diluidas as de electr electróli ólitos tos fuerte fuertes! s! esta esta dependencia puede e%presarse por la ecuación&
Ʌ = Ʌ
∞
b √ [ M ]
−
' trav#s de esta relación se obtiene una relación lineal de la cual al (raficar adecuadamente se pueden obtener las constantes. )inalmente se obtuvo un valor muy cercano al reportado para la Ʌ∞ del NaCl! el valor obtenido e%perimentalmente fue de apro%imadamente *+,. Palabras clave. clave.
Le- de 0m Establece que la diferencia de potencial V que aparece entre los e%tremos de un conductor determinado es proporcional a la intensidad de la corriente I que circula por el citado conductor. Ohm completó la ley introduciendo la noción de resistencia el#ctrica R- que es el factor de proporcionalidad que aparece en la relación entre V e I . #onduct #onductanci ancia a eléctr eléctrica ica "e denomin denominaa conduct conductanci anciaa el#ctr el#ctrica ica a la facili facilidad dad que ofrece un material al paso de la corriente el#ctrica- es decir! que la conductancia es la propiedad inversa de la resistencia el#ctrica. el#ctrica. #onductor #onductor electrol electrolítico ítico&& "on "on mate materi rial ales es cuya cuya resi resist sten enci ciaa el#c el#ctr tric icaa al paso paso de la electricidad electricidad es es muy baa. Los meores conductores el#ctricos son metales! como el cobre cobre!! el oro oro!! el hierro y el aluminio aluminio!! y sus sus alea aleaci cione ones! s! aunqu aunquee e%is e%iste ten n otro otross mate materi rial ales es no metálicos que tambi#n poseen la propiedad de conducir la electricidad! como el (rafito (rafito o o las disoluciones disoluciones y y soluciones salinas /por eemplo! el a(ua de mar0 o cualquier material en estado de plasma. plasma.
I.
Introducción.
En muchas áreas de la química! el conocer la concentración de las especies presentes en una solución con la que se trabaa al(o muy importante! para ello se cuenta con varias t#cnicas una de ellas es la conductimetría. La conductimetría es un m#todo analítico basado en la conducción el#ctrica de los iones en solución! que se utilia para medir la molaridad de una disolución! determinada por su car(a iónica! o salina! de (ran movilidad entre dos puntos de diferente potencial. En este caso el conductor es un medio líquido/iónico0 el cual puede considerarse como homo(#neo cuando la sal soluble se encuentra totalmente disociada y en un valor de baa concentración por lo que se(uirá la ley de Ohm& "#$R% En soluciones electrolíticas! la conductancia /L0 se obtiene como el valor inverso de la resistencia el#ctrica /10 del medio y tiene unidades de siemens 2"345 *6! y se determina mediante&
L=
1 R
La conductividad! 7! de un medio líquido se define a trav#s de la relación que e%iste entre la conductancia /L0y las dimensiones de la celda electrolítica empleada! la cual está delimitada por la distancia de separación entre los electrodos /l0 y el área /'0 de los mismos. /la unidad asociada a la conductividad está en "8cm0.
K = L
l A
La conductividad molar /Ʌ 0 se define como la conductancia de un equivalente electroquímico de soluto contenido entre los electrodos. 9or lo anterior! la conductividad molar dependerá del n:mero de iones presentes entre los electrodos! es decir! de la concentración de los iones en el medio líquido. Ʌ =1000
K
[ M ]
en donde 7 es la conductividad! en "8cm! y 2;6 la concentración molar! en mol8litro! del electrolito disuelto! respectivamente. La raón del n:mero *<<< se debe al factor de conversión de litro a cm=. $ohlrausch encontró que la conductividad molar depende de la concentración del electrolito y que! en soluciones diluidas de electrólitos fuertes! esta dependencia puede e%presarse por la ecuación& Ʌ = Ʌ
∞ −
b √ [ M ]
donde Ʌ∞ y b son constantes que dependen de la conductividad a dilución infinita y de la naturalea del electrolito! respectivamente. Obs#rvese que mediante esta e%presión se obtiene una relación lineal entre la conductividad molar y la concentración del electrolito. En el caso particular del t#rmino Ʌ∞! conductividad molar equivalente límite! este puede obtenerse para una salen particular mediante la suma de los valores de conductividad molar iónica límite de cada ion! cuyos valores se encuentran
re(istrados en la literatura para un n:mero importante de cationes y aniones en diversos disolventes.
•
"al.
>abla*.Conductancias ;olares Limites.
II.
%#.
•
Objetivos Comprobar
•
óhmico de un resistor. Obtener el valor de la resistencia
el
comportamiento
Metodología
IV.1 Cálculos de Incertidumbre.
equivalente para diferentes asocia? ciones de resistores en serie y paralelo. En un circuito combinado de resistores! demostrar e%perimental? mente que tanto la suma al(ebraica de las diferencias de potencial el#ctrico en una malla y la suma al(ebraica de las corrientes el#ctricas que coinciden en un nodo es cero.
•
III.
Material e instrumentos
•
)uente de alimentación de corriente
•
alterna. @os resistores de *<<4 /NO>'& el
• • • • • •
• • • • •
procedimiento e%perimenta se llevó a cabo con resistores de *$40 @os multímetros di(itales. Aalana di(ital o de un plato. "iete cables tipo banana?banana. "iete conectores tipo caimán. 1ecipiente de plástico. @os placas de cobre de i(uales dimensiones. ;atra aforado de *<< ml. Bernier di(ital o analó(ico. 9arrilla con a(itación. Aarra ma(n#tica. '(ua.
IV.2 ta!a 1 elaboración de la celda de conductividad
Con ayuda del vernier! medir el área de las placas de cobre. Colocar las placas de cobre de forma paralela en el interior del recipiente de plástico! fiándolas en las paredes del recipiente con un par de conectores tipo caimán y medir la distancia de separación entre las placas. ;edir con ayuda del matra volum#trico! *<< ml de a(ua y verter en el interior del recipiente.
IV." ta!a 2 determinación de la conductividad molar de una sal
'rmar un circuito en serie con la fuente de alimentación! los dos resistores y la celda de conductividad. Colocar un multímetro! en modo de diferencia de potencial el#ctrico! en paralelo con la celda de conductividad y un multímetro! en modo de diferencia de potencial el#ctrico! en paralelo con un resistor.
Datos para raficar .
'ustar la fuente de alimentación! en modo corriente alterna! de forma que se aplique una diferencia de potencial constante. "e recomienda que sea B. Colocar la celda de conductividad sobre la parrilla de a(itación! sin desconectar el circuito. Dntroducir la barra de a(itación y a(itar moderadamente evitando que la barra de a(itación choque con las placas de cobre. 'notar las lecturas que marquen ambos multímetros antes de iniciar con el trabao e%perimental. 9esar en la balana apro%imadamente *<< m( de la sal y verter la masa pesada en el interior de la celda de conductividad. Esperar a que se estabilicen las lecturas de los multímetros y anotar el valor de cada multímetro. 1epetir el paso anterior hasta tener al menos die datos.
V.
Resultados.
Datos experimentales
3rafica 1'se rafican los datos de
Ʌ
-
√ [ M ] para obtener la relación lineal Ʌ = Ʌ
∞ −
b √ [ M ]
en donde el valor de
la ordenada al orien directamente con Ʌ 4 VI.
corresponde
#nálisis de resultados.
En el proceso e%perimental llevado a cabo se pudo observar que al a(re(ar el NaCl recipiente que simulaba a la celda se pudo observar que la diferencia de potencial el#ctrico en la resistencia aumentaba y la el de la celda disminuía debido a que la car(a el#ctrica8iónica de nuestra muestra aumentaba. )inalmente! a trav#s de una
relación lineal se obtuvo la conductividad molar equivalente limite Ʌ∞ que corresponde a un valor de *+,F en la literatura se puede encontrar que Ʌ ∞ para el NaCl es de *+G.F. 'l(unos factores que pudieron contribuir a que el valor e%perimental sobrepasara el valor teórico pudo haber sido que las placas de cobre con las que se trabaaron no eran de la misma área! aunque eran al(o similares esta diferencia pudo haber tenido al(:n efecto en los resultados. VII.
∞
los materiales de trabao! el desarrollo de esta practica e%perimental no hubiera sido posible.
Conclusiones
El m#todo de la conductancia se involucra la medición de la capacidad que tiene una solución para permitir el paso de corriente el#ctrica! en este caso se trató con un electrolito fuerte que al aumentar la concentración de la sal aumentaban los iones disueltos en la solución lo que implicaba una mayor intensidad de corriente el#ctrica. Consideramos que la conductividad de una solución de un electrolito fuerte a baa concentración si(ue la ley de $ohlrausch& Ʌ = Ʌ
'utónoma de ;#%ico por el tiempo otor(ado para desarrollar este trabao! a el 9rof.Iulio ;. Espinosa C. por facilitar la discusión física de las ideas y a el compaJero Iulio! laboratorista del laboratorio '?<<=! que sin su apoyo al proporcionar
b √ [ M ]
−
$ibliogra%ía
•
•
•
y a trav#s de ella
pudimos encontrar una relación lineal y poder obtener el valor de la conductividad molar equivalente limite.
•
#gradecimientos •
Los autores a(radecen al departamento de física y química teórica! a la coordinación de laboratorios de física de la )acultad de química de la Hniversidad Nacional
A&res, '. (.) An5lisis químico cuantitativo. "e(unda edición. Editorial Karper 1oM Latinoamericana. ;#%ico! *,<. *aeza, A.) 'arcía, A. J.- 6rincipios de electroquímica analítica . Colección de documentos de apoyo. HN';! +<**. +astellan, '. .- (isicoquímica. 9rimera edición. Editorial 'ddison esley Dberoamericana. ;#%ico! *,P. Szaran, .) /i0e, R. M.) Singh, M. M.) Microscale inoranic cemistr-' A compreensive laborator- experience . 9rimera edición. Editorial Iohn iley "ons! Dnc. NeM Qor7! *,,*. ana0a, J.) Sui, S. 3.) $xperimental metods in inoranic cemistr- . 9rimera edición. Editorial 9rentice Kall. NeM Iersey! *,,,.
