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CONDUCTANCIA DE LOS ELECTROLITOS

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CONDUCTANCIA DE LOS ELECTROLITOS

INDICE 1. Objetivos……………………………………………………………………………………………………….. 3

2. Fundamento Teórico……………………………………………………………………………………… 3-4-5-6

3. Datos……………………………………………………………………………………………………………. 6

3.1. Datos Experimentales………………………………………………………………………….. 6 3.2. Datos Bibliográficos…………………………………………………………………………….. 7

4. Tratamientos de Datos……………………………………………………………………………………8

5. Discusión de Resultados ……………………………………………………………………………….. 13

6. Conclusiones……………………………………………………………………………………………….... 13-14

7. Bibliografía………………………………………………………………………………………………….... 14

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CONDUCTANCIA DE LOS ELECTROLITOS

CONDUCTANCIA DE LOS ELECTROLITOS 1. OBJETIVOS: Determinar la conductividad equivalente de los electrolitos a diferentes concentraciones. Determinar las conductividades equivalentes de los electrolitos a dilución infinita. 2. FUNDAMENTO TEORICO: 2.1. CONDUCTANCIA ELECTROLITICA Se denominan conductores de primera especie o electrónicos a los metales sólidos o fundidos y ciertas sales sólidas (sulfuro cúprico, sulfuro de cadmio) que conducen la corriente eléctrica sin experimentar alteración alguna. En estas sustancias, la conducción tiene lugar por emigración directa de los electrones a través del conductor bajo la influencia de un potencial aplicado. Aquí, los átomos o iones que componen el conductor, permanecen en sus lugares. Los conductores de segunda especie o electrolíticos son los que experimentan transformación química al paso de la corriente eléctrica como las soluciones de electrolitos fuertes y débiles, sales fundidas y también algunas sales sólidas como el cloruro de sodio y el nitrato de plata. La transferencia electrónica tiene lugar por migración iónica. Esta migración involucra no sólo una transferencia de electricidad sino también el transporte de materia de una parte a otra del conductor. Además, el flujo de corriente en los conductores electrolíticos va siempre acompañado de cambios químicos en los electrodos que son muy característicos y específicos de las sustancias que componen el conductor y los electrodos. 2.2. CONDUCTANCIA (L) La ley de Ohm establece que la corriente i que fluye en un conductor es directamente proporcional a la fuerza electromotriz aplicada E, e inversamente proporcional a la resistencia: i = E/R La conductancia L de una solución es la inversa de la resistencia eléctrica y tiene unidades de ohm -1(W-1) o siemens [S]. Es decir, L = 1/R.

2.3. CONDUCTIVIDAD ESPECÍFICA (K) La conductividad específica es la conductividad de 1cm3 de solución entre electrodos de 1cm2 de área que se encuentran distanciados 1cm.

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CONDUCTANCIA DE LOS ELECTROLITOS 2.4. CONDUCTIVIDAD EQUIVALENTE ( La conductancia equivalente  se define como la conductancia de un equivalente electroquímico de soluto. No se especifica ni el volumen de la solución ni el área de los electrodos; estos varían para satisfacer las condiciones de la definición. Por ejemplo, una solución 1,0 N (1,0 equivalentes por litro) requerirá electrodos con aéreas de 1000cm2; una solución 0,1N necesitara 10.000cm2 de electrodos debido a la dificultad experimental asociada con el uso de tales electrodos relativamente grandes, la conductancia equivalente no se obtiene de mediciones directas. En cambio, se determina indirectamente a partir de datos de conductancia específica. Para deducir la relación entre la conductancia equivalente ( la conductancia especifica k y la concentración N, partimos de la definición de N. Se define la Normalidad (N) como el número de equivalentes electroquímicos por litro de solución, es decir: …………… (1) V es el volumen de de solución en cm3 contenida entre los electrodos y, por lo tanto, puede expresarse en términos de las dimensiones de la celda como: ..……….…. (2) Remplazo V (cm3) en la ecuacion (1) y despejando A (cm2) …………… (3) De las definiciones anteriores se deduce: …………… (4) Igualando (3) y (4): ……………. (5) Despejando la conductividad equivalente:

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CONDUCTANCIA DE LOS ELECTROLITOS 2.4. CONDUCTANCIA EQUIVALENTE A DILUCION INFINITA () La conductancia equivalente de una sustancia aumenta a medida que aumenta la dilución. En la siguiente tabla se muestra el comportamiento del cloruro de sodio, que puede considerarse como un electrolito fuerte típico.

La variación de  se debe en parte a las fuerzas de atracción y repulsión que existen entre los iones individuales sodio y cloruro a concentraciones finitas. Si la solución del electrolito no es infinitamente diluida, los iones se retrasan en su movimiento debido al efecto electroforético y al efecto de relajación o asimetría. El efecto electroforético se debe al movimiento de la atmosfera de iones de carga opuesta que rodean al ion. Esta atmosfera de iones arrastra moléculas de solvente; El movimiento del ion es retardado así por el flujo de solvente en sentido opuesto. El efecto de relajación o asimetría también debe su origen al movimiento de la atmosfera iónica que rodea a una partícula determinada. Pero, en este caso, el movimiento del ion es retardado por la carga de signo opuesto que se acumula detrás de la partícula en movimiento debido a que la atmosfera iónica no tiene tiempo de ajustarse para permanecer distribuida esféricamente alrededor del ion. Para un electrolito fuerte existe una relación lineal entre la conductancia equivalente  y la raíz cuadrada de la concentración. Como puede observarse en la Figura (a), la extrapolación de esta relación lineal hasta concentración cero permite obtener un valor limite conocido como conductancia equivalente a dilución infinita  Para un electrolito débil, una representación grafica similar es no lineal figura (b) , y la evaluación directa de  resulta difícil.

Los datos de conductancia iónica equivalente permiten estimar la conductividad de soluciones de diversas sustancias, para ello utilizamos la ley de Kohlrausch, que aplicada a soluciones electrolíticas no infinitamente diluidas, se escribe. …………… (7) Esta expresión no es estrictamente correcta ya que los iones que tienen carga eléctrica se influyen mutuamente. Sin embargo, puede ser utilizada para estimar la conductividad de soluciones con bajas concentraciones de electrolito. Reemplazando  en la ecuacion (6) y despejando k se llega a …………. (8)

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CONDUCTANCIA DE LOS ELECTROLITOS Esta ecuacion permite estimar la conductividad de soluciones de un electrolito a partir de los datos de conductancia iónica equivalente de sus iones. En una mezcla de electrolitos se puede generalizar la ecuacion (8). Esta ecuacion, cuya aplicación se limita a soluciones diluidas, se puede emplear para predecir las diferentes curvas de titulación conductimetrica, en las cuales la concentración total de electrolitos es normalmente baja.

2.5. CONSTANTE DE CELDA Para muchas mediciones conductimetricas lo que se desea es la conductancia especifica. Esta cantidad se relaciona con la conductancia medida L por la relación entre la distancia que separa los electrodos y su superficie. Esta relación tiene un valor fijo y constante para una celda dada, y se conoce como constante de la celda K. La constante de la celda K = l / A depende de la geometría de la celda. Su valor rara vez se determina directamente; en lugar de ello, se evalúa midiendo la conductancia LS de una solución cuya conductancia específica KS es conocida. Comúnmente se eligen soluciones de cloruro de potasio con este propósito. Una vez determinado el valor de esta constante, los datos de conductancia L obtenidos con la celda se pueden convertir fácilmente en términos de conductancia especifica k usando la ecuacion. De modo que:

3. DATOS: 3.1. DATOS EXPERIMENTALES Laboratorio. Condiciones de Laboratorio Temperatura de trabajo 18.3 °C Presión de trabajo 760.0 mmHg Tabla 1 Conductancia del H2O destilada. N° de medición 1

Conductancia (S) 2.39 uS Tabla 2

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CONDUCTANCIA DE LOS ELECTROLITOS Solución Acuosa de HCl. N° de medición 1 2 3 4 5

CHCl (equiv/l) 0.0003125 0.00625 0.0125 0.025 0.05

Conductancia (S) 170.7uS 3.21mS 6.13mS 12.14mS 23.3mS

Tabla 3

Solución Acuosa de NaCl. N° de medición

CNaCl (equiv/l)

1 2 3 4 5

0.0003125 0.00625 0.0125 0.025 0.05

Conductancia (S) 46.8 uS 751 uS 1454 uS 2.65 mS 5.16 mS

Tabla 4

Solución Acuosa de CH3COONa. N° de medición 1 2 3 4 5

C (equiv/l) 0.0003125 0.00625 0.0125 0.025 0.05

Conductancia (S) 32.3 uS 505 uS 959 uS 1841 uS 3.34 uS

Tabla 5

3.1. DATO BIBLIOGRAFICOS: Sustancia HCl

Conductancia Equivalente ( 426.16

NaCl

.

126.45

CH3COONa

91.

)

.

.

Tabla 6

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CONDUCTANCIA DE LOS ELECTROLITOS 4.-TRATAMIENTO DE DATOS: 4.1.- Calcular la conductancia específica para cada solución acuosa de HCl NaCl y CH3COOH.Para nuestra solución acuosa de HCl 0.1M partiendo de la tabla N° 3 y con la ecuación (6) se tendría lo siguiente:

K=LXØ K = 170.7uS X 0.447 cm-1 KHCl = 76.30u S cm-1 Por lo tanto hallaremos los valores para cada concentración del HCl y de la misma forma para el CH3COOH y NaCl con ayuda de las tablas N° 3, 4 y 5. SOLUCION ACUOSA DE HCl CHCl (equi/l)

0.0003125

0.00625

0.0125

0.025

K (Scm-1)

76.30 x 106

1.43 x 103

2.74 x 103

5.43 x 103

0.05 10.42x103

Tabla 7

SOLUCION ACUOSA DE NaCl CNaCl (equi/l)

0.0003125

0.00625

0.0125

0.025

K (Scm-1)

20.92 x 106

335.69 x 106

649.94 x 106

1.18 x 103

0.05 2.31x103

Tabla 8

SOLUCION ACUOSA DE CH3COONa CCH3COOH (equi/l) K (Scm-1)

0.0003125

0.00625

0.0125

0.025

14.44 x 106

225.74 x 106

428.67 x 106

822.93x 106

Tabla 9

4.2.- Representar en forma grafica la conductancia especifica respecto a la concentración para el HCl, NaCl y CH3CCOH. Para graficar, primero hay que restar la conductancia específica del agua:

Empleamos la tabla N° 7 .Y así obtenemos las tablas de cada electrolito correspondiente: N° de medición 1 2 3 4 5

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CHCl (equiv/l) 0.0003125 0.00625 0.0125 0.025 0.05

Conductancia (uS) 76.30 1430 2740 5430 10420

K electrolito  K agua 73.91 uS 1427.61uS 2737.61 uS 5427.61 uS 10417.61uS

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0.05 1.49x103

CONDUCTANCIA DE LOS ELECTROLITOS  Gráfico para el HCl

conductividad especifica ( uS)

k vs c 12000 10000 8000 6000

Series1

4000

Linear (Series1)

2000 y = 207562x + 112.11 R² = 0.9995

0 0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

concentracion ( equiv / L)

 Graficamos para el NaCl Empleamos la tabla N° 8 .Y así obtenemos las tablas de cada electrolito correspondiente: N° de medición

CNaCl (equiv/l)

1 2 3 4 5

0.0003125 0.00625 0.0125 0.025 0.05

Conductancia (uS) 20.92 335.69 649.94 1180 2310

K electrolito  K agua 18.53uS 333.3 uS 647.55 uS 1177.61 uS 2307.61uS

k vs c conductividad especifica ( uS )

2500 2000 1500 Series1

1000

Linear (Series1) 500 0 0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

y = 45547x + 40.061 R² = 0.9991

concentracion (equiv/L)

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CONDUCTANCIA DE LOS ELECTROLITOS

 Graficamos para el CH3COOHNa Empleamos la tabla N° 9 .Y así obtenemos las tablas de cada electrolito correspondiente: N° de medición 1 2 3 4 5

C (equiv/l) 0.0003125 0.00625 0.0125 0.025 0.05

Conductancia (uS) 14.44 225.74 428.67 822.93 1490

K electrolito  K agua 12.05 uS 223.35 uS 426.28 uS 820.54 uS 1487.61uS

k vs c 1600

conductividad (uS

1400 1200 1000 800

Series1

600

Linear (Series1)

400

y = 29501x + 38.974 R² = 0.9968

200 0 0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

concentracion (equiv/L)

4.3.- Calcular la conductividad equivalente para cada solución acuosa de HCl, NaCl y CH3COONa. Para la solución acuosa de HCl 0.1M partiendo de la ecuacion (8) y con los resultados de las tablas 7,8 y 9 se obtendrá la conductividad equivalente.

 = 1000 x

(

–

)

 = 1000 x

(

–

)

 = 236.512

. .

Por lo tanto hallaremos los valores para cada concentración del HCl y de la misma forma para el CH3COOH y NaCl.

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CONDUCTANCIA DE LOS ELECTROLITOS SOLUCION ACUOSA DE HCl CHCl (equi/l)

0.0003125

0.00.625

0.0125

0.025

.

236.512

228.418

219.009

217.104

 (

)

.

0.05 208.350

SOLUCION ACUOSA DE NaCl CNaCl (equi/l)

0.0003125

0.00.625

0.0125

0.025

0.05

.

59.296

53.328

51.804

47.104

46.152

 (

)

.

SOLUCION ACUOSA DE CH3COONa CCH3COOH (equi/l)

0.0003125

0.00.625

0.0125

0.025

0.05

.

38.560

35.736

34.102

32.822

29.752

 (

)

.

4.4.- Representar en forma grafica la conductividad equivalente respecto a la C0.5 para el HCl, NaCl y CH3COOHNa. Mediante la extrapolación determine el valor de  para el HCl, NaCl y CH3COONa cuando C=0 (dilución infinita). La grafica de  en función de C0.5, es casi lineal para un electrolito fuerte, use el método de mínimos cuadrados.  Para el HCl √ 0.018 0.079 0.112 0.158 0.224

236.512 228.418 219.009 217.104 208.352

y = -136.35x + 238 R² = 0.963

vs C 240 235 230 225 220 215 210 205 0

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0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

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√ 0.018 0.079 0.112 0.158 0.224

 Para el NaCl

59.296 53.328 51.804 47.104 46.152

Chart Title

y = -65.408x + 59.268 R² = 0.9307

70 60 50 40 30 20 10 0 0

0.05

0.1

0.15

0.2

√ 0.018 0.079 0.112 0.158 0.224

 Para el CH3COOHNa

0.25

38.560 35.736 34.102 32.822 29.752

Chart Title 45

y = -41.894x + 39.146 R² = 0.9942

40 35 30 25 20 15 10 5 0 0

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0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

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CONDUCTANCIA DE LOS ELECTROLITOS La conductividad equivalente para electrolitos Fuertes: √ Donde A: constante que depende de la naturaleza del solvente. : Conductividad equivalente Haciendo que √

sea igual a cero, podemos aproximar = 238.0 59.27

. Mediante graficas:

.

.

.

39.15

4.5.- Puesto que la ecuacion (9) es válida para todos los electrolitos, hallar  para el CH3COOH a partir de:  (CH3COOH) =  (HCl) +  (CH3COONa) -  (NaCl) (

.

)

(

)

.

= 217.88

(

.

)

.

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS:  En los 3 casos la conductancia específica se hace mayor a medida que la concentración de la solución aumenta, esto es debido al incremento en el número de iones por unidad de volumen en la solución.  La conductancia específica HCl es mucho mayor en comparación con las 2 sales NaCl y CH3COOH. Esto se debe a la presencia del ion H1 que tienen alta movilidad en comparación con los otros iones.  Para verificar el correcto funcionamiento del conductimetro se midió la conductancia del agua obteniendo un resultado diferente al real, es por ello que los datos experimentales obtenidos difieren de los datos teóricos.  Podemos hallar la conductancia equivalente a disolución infinita, al extrapolarse a . Y se hallando el valor de la intercepción, o bien se obtiene la pendiente de √ la porción lineal de las curvas, entonces la intercepción de la línea con el eje Y nos da la conductancia equivalente a disolución infinita.

6. CONCLUSIONES:  Concluimos que la conductancia específica de una solución varía con la concentración aumentando a medida que la concentración lo hace.

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CONDUCTANCIA DE LOS ELECTROLITOS  La conductancia equivalente de los electrolitos fuertes aumenta rápidamente por dilución; en el caso del ácido acético no se puede hallar , ya que hay una gran diferencia fundamental de comportamiento de las conductancias equivalentes ya que su grafica no se aproxima a la linealidad cuando la solución se hace mas diluida.  De la teoría, se establece que a dilución infinita es donde la disociación es completa y donde desaparecen todos los efectos inter iónicos, cada ion emigra independientemente de su co-ion; entonces se puede hallar la conductancia a disolución infinita de electrolitos débiles. 8. BIBLIOGRAFIA:  Ira N. Levine. “Fisicoquímica”. Editorial: Mc Graw Hill, quinta edición, Volumen 1, Madrid, 2004, Paginas: 457 – 458 – 459 – 465.  Gilbert W. Castellan. “Fisicoquímica”. Editorial : Addison-Wesley Iberoamericana, segunda edición en español, Wilmington, 1987, Paginas: 358 – 359 – 360. Web grafía:

 http://www.unjbg.edu.pe/coin/pdf/01040500703.pdf  http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/PresentacionCLASE:_Ecuaci ones_de_conductimetria_2211.pdf  http://www.frlp.utn.edu.ar/materias/fiquimica/conductividad.pdf

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