INFORME DE LABORATORIO QUÍMICO ELECTROQUIMICA CONDUCTIVIDAD DE DISOLUCIONES 1.- OBJETIVO DE LA PRÁCTICA
La práctica tiene los siguientes objetivos: Realizar el manejo de los instrumentos de laboratorio involucrados en la práctica Estudiar las variables que involucran la conductividad de las soluciones Realizar mediciones de conductividad de disoluciones 2.- FUNDAMENTO TEORICO 2.1 Introd!!"#n
El transporte de la corriente eléctrica a través de conductores metálicos es realizado por el movimiento de los electrones del metal, bajo la acción de una diferencia de potencial aplicada. En este caso, por tratarse de un solo tipo de transportador electrones!, puede considerarse al conductor electrónico como "omogéneo, # para él es válida la Le# de $"m R = V / I (1.1)
%onde R es la resistencia del conductor en Ohm, &!, V es la diferencia de potencial aplicada en voltios, V ! e I es la intensidad de corriente que circula a través del conductor en amperios, A!. En el caso de las disoluciones electrol'ticas, la corriente es transportada por los iones de la disolución, los cuales se mueven en distintos sentidos de acuerdo con el signo de su carga! bajo la acción del campo eléctrico producido por la diferencia de potencial aplicada. En este caso, el conductor iónico también puede considerarse como "omogéneo siempre # cuando no e(istan fuerzas mecánicas o viscosas aplicadas!, # al igual que el conductor electrónico, seguirá la Le# de $"m Ecuación )!. Esta propiedad de conducir la corriente que poseen las disoluciones electrol'ticas es la base de la Iónica, una de las áreas del conocimiento dentro de la Electroqu'mica, # una de las primeras en desarrollarse. 11.2.2 R$%"%t"&"d'd( !ond!t'n!"' ) !ond!t"&"d'd
En ausencia de un campo eléctrico, los iones que constitu#en un conductor iónico se encuentran en un constante movimiento al azar, de manera que la distancia efectiva recorrida por los iones en su conjunto es nula. Este movimiento se origina por acción de fuerzas térmicas # de convección. *"ora bien, cuando se somete a dic"os iones a la acción de un campo eléctrico, los mismos se moverán, en un sentido u otro, de acuerdo con su carga, fenómeno que se conoce como migración iónica . En estas condiciones, se puede considerar a la disolución como un conductor, que obedece a la Le# de $"m. +onsideremos la representación de una porción disolución ig. )! en la que la resistencia R correspondiente vendrá dada por:
R = ρ L /A (1.2)
%onde r es la resistividad en ohm.cm! de la disolución, l es la longitud -distancia entre los planos considerados - en cm! del conductor # A es el área de sección transversal en cm2! del conductor. ección A
Longitud L
igura ).- orción de disolución 11.2.* Cond!t'n!"' /C0 ) Cond!t"&"d'd /10
La conductancia es el rec'proco de la resistencia, es decir: ! = 1 / R= 1 /ρ " A / L = # " A / L(2)
%onde 1 es la conductancia espec'fica o conductividad definida como: $ = 1 / ρ (%)
La unidad en el sistema internacional de la conductancia /+0 es el 2iemens 2, nombrada as' en "onor al f'sico alemán &erner von 2iemens, )3)4 5 )367!. %onde ) 2 8 )&-). La conductividad tiene las unidades o conductancia espec'fica tiene las unidades: 9 8 ) ; L
2.+ Cond!t'n!"' ,o'r ) $"&'$nt$
La conductividad es una propiedad que mide la facilidad con que los portadores de carga migran bajo la acción de un campo eléctrico. ara el caso de un conductor iónico, son los cationes # aniones de la solución los que intervienen en el transporte de la corriente # por lo tanto, el valor de la conductividad dependerá del n=mero de iones presentes. ara normalizar la medida de la conductancia, se introduce la magnitud conductancia molar >!, definida como: &m = # / ! (')
%onde c es la concentración molar mol/ l! del electrolito totalmente ionizado. ?n análisis dimensional de la Ecuación @ revela que: l *m+olo / -0 rereenta unidade de -. /10 = .cm1 / c0 = mol/ l or lo que se deben "acer compatibles las unidades de 1 # c. ara ello tendremos en cuenta que 1 litro equivale a 1000 cm% , por lo que las unidades para c se pueden e(presar como: / c0 = 10% mol.cm% Es decir, cuando c se e(presa en mol. l- 1, se debe multiplicar por el factor 10% para pasarlo a mol.cm%. %e esta manera, las unidades para L serán: />0 = .cm2.mol1 or lo tanto, si se utilizan las unidades de mol. l 1 para c # .cm1 para 1, la ecuación para L que se deberá usar es: )AAA B 1 >m )AAAB 9 + C! %onde el factor 1000 da cuenta del cambio de unidades de Litro dm%! a cm%. Ejemplo ).- La conductancia de una celda que contiene una solución acuosa de D+l de A.AC4A es A.A7F6 &-), si la misma celda se llena con una solución acuosa de Ga+l de A.A3F4 , su conductancia es A.A73C &-). %ado que la conductancia equivalente del D+l es de )F@ &-)equi-)cm7, calcular la conductancia equivalente de la solución de Ga+l. 2olución.- +alculando la conductancia espec'fica, de la solución de D+l: 9 8 >B + )AAA 8 )
[email protected]<-) equiv-) cm7 ! A.AC4A moll! )AAA cm F 5 l-) 8 H.CFB)A-F <-) cm-) uesto que: ) mol 8 ) eq-g, se tiene: L * 8 9 + H.CFB)A -F <-) cm-) A.A7F6 <-) 8 A.F)C cm-) La conductancia espec'fica de la solución de Ga+l está dada por: I 8 L * + 8 A.F)C cm-)! A.A73C<-)! 8 3.63B)A-F<-) cm-) or tanto la conductancia equivalente es: > 8 )AAA cm F l B3.63B)A -F <-) cm-) 8 )AH.@ < -) mol cm7 8 )AH.@ <-) equiv-) cm7 A.A3F4 mol l 11.2./ V'r"'!"#n d$ ' !ond!t'n!"' !on ' !on!$ntr'!"#n0 L$) d$ or'%!
Las medidas realizadas por .&. Do"lrausc" en )36@F de conductancia molar para diferentes electrolitos mostraron dos tipos de comportamiento. Los mismos se ejemplifican en la igura F. or un lado, los electrolitos verdaderos fuertes!, como el D+l, el J+l, etc., muestran una disminución lineal de la conductancia molar con la ra'z cuadrada de la concentración. or otro lado, los electrolitos potenciales débiles!, como el ácido acético, sulfato de n'quel, el agua, etc., muestran valores má(imos de conductancia molar cuando +K A dilución infinita!, pero disminu#en rápidamente a valores bajos cuando aumenta la concentración. Los electrolitos verdaderos son sustancias que están completamente ionizadas en disolución, por lo que la concentración de iones dispuestos para la conducción es proporcional a la concentración del electrolito. 2in embargo, e(iste cierta relatividad en la denominación verdadera # potencial #a que la ionización depende fuertemente de la naturaleza del disolvente # de la temperatura. ara los electrolitos verdaderos, Do"lrausc" demostró que: > 8 >A - *+ 4! Le# de Do"lrausc"!
F"3r' 11.*.- Mariación de la conductancia molar con la ra'z de la concentración adaptado de Nurm'strova et al.!
%onde > A es la conductancia molar l*mite correspondiente a la ordenada en el origen de la recta de la igura F! # A es un coeficiente correspondiente a la pendiente de la gráfica de la igura F! que depende de la naturaleza del electrolito, del disolvente # de la temperatura. E4$,5o.- +uando determinada pila de conductividad contiene una solución A.A7A G de D+l, su resistencia a 7CO+ es igual a F)7 o"mios. *l contener una solución A.A)A G de Gi2$@ a la misma temperatura, su resistencia es de )A@F o"mios. +alcular la conductancia equivalente de la solución de sulfato de n'quel. La conductancia espec'fica de la solución de D+l A.A7 G es: D 8 A.AA7H43 o"mios-
)cm-)! 2olución.- En primer lugar obtenemos la constante de la pila sustitu#endo la resistencia # conductancia espec'fica de la solución de referencia. D 8 P * B ) R P * 8 D B R 8 A.AA743<-)cm-)BF)7 < 8 A.34@cm-) * continuación se calcula la conductancia espec'fica de la solución de sulfato de n'quel: l D 8 P * B ) R 8 A.34@cm -)B ) )A@F< 8 A.AAA373<-)cm-) inalmente calculamos la conductancia equivalente de la solución de sulfato de n'quel. > 8 D B )AAA c 8 A.AAA73<-)cm-) B )AAAcmF A.A) eq-g 8 37.3 < -)cm7eq-g-) 6.- TEORIA DE LA DISOCIACION DE ELECTROLITOS DEBILES
Los electrólitos débiles se disocian en forma incompleta en un disolvente # son también ácidos, bases # sales. En el agua, el ácido acético es un ácido débil, el "idró(ido de amonio es una base débil # el cloruro de mercurio es una sal soluble, incompletamente disociado. 2i los iones en solución act=an de manera independiente uno de otro, la fracción de molécula disociadas, que se llama grado de disociación, es igual al n=mero de iones verdaderamente en solución, dividido por el n=mero total de iones que se podr'an formar sise se disociaran todas las moléculas en solución. uesto que la conductancia equivalente es proporcional al n=mero de iones en solución, el grado de disociación está dado por: Q 8 > >A Ejemplo.- * la temperatura de )3 O+, la conductividad equivalente l'mite del ácido fórmico en solución acuosa tiene un valor de
[email protected] m"o.cm7eq-g. %eterminar el grado de disociación del ácido fórmico en una solución acuosa de A.AA) G que posee una conductividad espec'fica de A.AAA)7C m"o.cm-) 2olución: * partir de los datos del problema calcularemos la conductividad equivalente: > 8 DB)AAA c %ónde: D 8 A.AAA)7C m"o.cm-), c 8 A.AA) G Reemplazando datos: > 8 ).7CB)A -@B)AAAA.AA) 8 )7C m"o cm 7 8 eq-g-) or definición el grado de disociación es: Q 8 > >A 8)7C
[email protected] 8 A.F@F
7.- MATERIALES N8 MATERIAL ) Maso precipitado 7 atraz aforado F ipeta aforada @ ipeta graduada C +onductivimetro
19.- REACTIVOS ). +loruro de sodio pa
CARACTERISTICAS )AA ml 7CA ml 7C ml )A ml
CANTIDAD 4 ) ) ) )
7. cido *cético pa 7.- PROCEDIMIENTO 7.1 PREPARACION DE DISOLUCIONES .-
reparar disoluciones de +lGa A.), A.A) # A.AA) G por diluciones sucesivas
reparar disoluciones de +JF+$$J A.), A.A) # A.AA) G por diluciones sucesivas
:.- INFORME Los cuadros que se presentan a continuación deben ser llenados con los datos e(perimentales que obtenga # realizar los cálculos adicionalmente, para determinar lo que se les pide. :.1.- MEDICION DE LA CONDUCTIVIDAD edir la conductividad de cada una de las disoluciones con el conductiv'metro # registrar los datos. +alcular la conductividad equivalente de cada disolución.
a! +onductividad equivalente de la solución de Ga+l > c c
3A A.C A.HAH
6C A.) A.F7
)AC A.AC A.77@
)7A A.A) A.)
)7F A.AA) A.AF)
)7 A.AC A.77@
)H A.A) A.)
7A A.AA) A.AF)
b! +onductividad de la solución +J F+$$J
> c c
A.)A A.C A.HAH
)A A.) A.F7
Sraficar T vs c e Pnterpole el valor de la TU
igura @ c vs L: 2olución de +loruro de sodio
igura ./ c vs L: 2olución de ácido acético
19 TRATAMIENTO DE DATOS E;PERIMENTALES
7. VJa# alguna diferencia de conductividades al infinito respecto a lo teóricoW, e(plique. E(trapolando de la gráfica se establece que: *o 8 )CA .cm2.mol1 <-)equiv-)cm7!. Respecto a la conductividad espec'fica del Ga+l, se tiene una apro(imación respecto al teórico, siendo el error relativo: ɛ
8 )CA-)@6 )@6 8 B)AAX 8 A.4HX
Respecto a la solución de ácido acético la conductividad espec'fica al infinito, e(trapolando es apro(imadamente 77 <-)equiv-)cm7!, cu#o error respecto a lo teórico es: 8 FA-77 FA B )AAX 8 74.4HX
ɛ
El ácido acético es un electrolito débil, por lo que no se cumple la le# de Do"lrausc", #a que "a# una variación en la conductividad espec'fica e(perimental # teórica. En la gráfica la representación es una curva asintóticaY mu# caracter'stica de los electrólitos débiles, como lo es el ácido acético, en ella del electrólito débil aumenta con la dilución. La razón de este es que la disminución de la conductividad espec'fica está más que compensada por el aumento en el valor lG en la dilución # por lo tanto se incrementa. Las D del ácido acético comienzan en valores bajos en soluciones diluidas # crecen muc"o más gradualmente, as' porque en estos el incremento en el n=mero de iones por unidad de volumen de solución no puede ser tan grande debido a la cambiante ionización parcial del soluto, # en consecuencia la conductancia no crece rápidamente como en los electrólitos fuertes. Las causas de los errores pueden ser en la determinación de las concentraciones corregidas de cada disolución, el arrastre de errores o porque el agua pose'a una cierta conductividad refiriéndonos a las diluciones. %ebido a los porcentajes de error obtenidos A.4HX # 74.4HX!Y podemos decir que "emos cometido alg=n error al momento de realizar la práctica, del cual se consideraba despreciable, afectando esto a nuestros resultados. 12 CONCLUSIONES ). V2e cumplieron los objetivos de la prácticaW Responda cada uno de los objetivos espec'ficos. Z Respecto al manejo de los materiales # preparación de reactivos "a# cierta "abilidad en su manejo # preparación por lo que el grupo "a cumplido con esta meta.
7. V[ué sugiere para obtener resultados más confiables # precisosW [ue los instrumentos sean confiables, quizá usar agua desionizada, #a que la presencia de otros iones puede contribuir a obtener diferentes resultados a los esperados, además de tener buenas bases teóricas de la asignatura. +onsidero importante las siguientes conclusiones. Z La conductividad en los electrólitos fuertes como el Ga+les muc"o ma#or que la conductividad de los electrólitos débiles como el ácido acético. Z * medida que la concentración disminu#e, las conductividades equivalentes aumentan debido a que los iones cargados no pueden ejercer influencia unos sobre otros al moverse "acia los electrodos, esto especialmente en soluciones de electrólitos débiles. Z La conductividad equivalente del electrólito débil ácido acético! disminu#e rápidamente al aumento de la concentración de la solución debido a que este ácido se disocia más a ma#or dilución por lo que a una ma#or concentración la presencia de iones será m'nima. Z La conductividad eléctrica +! como la conductividad especifica 1! disminu#en con la dilución, no siendo as' la conductividad equivalente L!Y la cual aumenta con la dilución, en nuestro caso es notorio #a que se trabaja con el ácido acético el cual es un electrólito débil, esto se verifica en la gráfica vs. G. Z El grado de disociación de los iones aumenta con la dilución, es por eso que en una dilución infinita la conductividad la conductividad infinita depende de la velocidad de los iones, as' como de la temperatura. Z ara la práctica es recomendable el uso de agua destilada lo más pura posible para evitar la presencia de cualquier sustancia e(tra\a en la solución que puede producir variaciones en el valor de la conductividad. Z El electrodo para la medición deberá ser lavado mu# bien # totalmente secado para evitar que lleve impurezas a las demás soluciones. Z La temperatura debe ser mantenida constante para evitar, también errores en la toma de las conductividades de las diferentes soluciones. Z *ntes de utilizar el conductimetro con las soluciones # diluciones se debe standarizar a la temperatura observada. Z %ebe valorarse cuidadosamente cada solución para obtener una concentración precisa de cada solución. Z Evitar que el electrodo toque el fondo de la probeta o sus paredesY porque podr'a medir la conductividad del vidrio. igura @. uente de Do"lrausc" para la medida de la resistencia de una disolución
BIBLIO
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