Introducción

Conductividad es la medida de la capacidad que tiene un material para conducir la corriente eléctrica. Las soluciones nutritivas contienen partículas iónicas que llevan cargas y por lo tanto poseen esta habilidad. Cuanto mayor es la cantidad de estos iones disueltos en el agua la conductividad de la solución resultante es mayor. Por lo tanto la medición de la conductividad eléctrica de una solución nutritiva tiene una relación directa con la cantidad de materiales sólidos disociados que hay disueltos en ella.

Los conductímetros son los aparatos utilizados para medir la conductividad. Básicamente los conductímetros son instrumentos compuestos por dos placas de un material especial (platino, titanio, níquel recubierto con oro, grafito, etc.), una fuente alimentadora y un sector o escala de medición. Aplicada una diferencia de potencial entre las placas del conductímetro, este mide la cantidad de corriente que como consecuencia pasa por ellas

Con los valores del voltaje aplicado y con la intensidad eléctrica de la corriente que pasa por las placas, los conductímetros determinan, de acuerdo a su previa calibración, la conductividad de la muestra ensayada.

Hay muchos tipos de conductímetros y los valores de la conductividad son dependientes de la geometría de la celda de cada aparato. Es por ello que cada uno realmente mide una conductividad específica la cual es el producto de la conductividad realmente medida multiplicada por la constante de la celda del mismo. Esta constante es la relación que hay entre la distancia a la cual se encuentran sus placas y la superficie de las mismas.

La conocida Ley de Ohm expresa que cuando se mantiene una diferencia de potencial entre dos puntos de un conductor se produce por él una circulación de corriente eléctrica que es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia de tal conductor. Por tanto:

I = E/R

Donde

I es la intensidad de la corriente medida en Amperes

E es la diferencia de potencial en Voltios y

R la resistencia en Ohm

Descripción del Experimento

La medición de la conductividad del agua potable con un puente comercial y la celda, teniendo una Kc =1.0 cm.

Al igual que la experiencia de catedra pasada, se usara un puente construido, de acuerdo a la ley de Ohm.

Se medirá la conductividad con un puente comercial y celda, con valor diferente de 1, igual que uno, pro agregando una solución de KCl.

De acuerdo a la medida del conductimetro, dio un valor de 4.26x10-4 Ohm-1cm-1

En el puente de weatstone re requirió determinar una RX mediante la medición de las anteriores, y así despejar de la ecuación la incógnita.

Para el proceso eléctrico, nos daremos cuenta de la orientación iónica que tome, la migración iónica, o en caso contrario la absorción iónica, la transferencia de electrones.

Sin embargo, en este caso, debido a la celda, el acomodo del cátodo y el ánodo, solo llega este proceso hasta la absorción iónica. Habrá ocasiones que el proceso se legue en la reparación de productos, y al final la reacción química en la solución.

Al montar la solución en la celda, primero se introdujo la resistencia, en automático se llega a convertir en un amperímetro;

RX=R2/R1*R3

ZX=R2/R1 *ZC

Dependiendo si la serie está en serie o en paralelo, puede llegar a cambiar la lectura

Ex=R2/R1 *ZC ZC= 1/ 2fc

No debe de ser mayor a 2000 Hertz

Cuando sea cero la cantidad de ampere, de acuerdo al aparato, debe mantenerse relativamente con una línea recta, si te pasa; la línea va hacia abrirá, si falta, estará hacia abajo.

Cuando se midió la resistencia con el multímetro, los valores de la resistencia son la siguiente;

R1= 68 OHM

R2=266 OHM

R3=604 OHM

De esa manera lograr obtener el valor de la Resistencia problema.

En otra celda, se le agrego 6 gotas de KCL, el valor de K que e obtuvo fue de 4.26x10-4 Ohm-1cm-1, conductividad se doblego, fue de 8.37x10-4, ya que esa conductividad equivalente es de 100 k/l menos.

Cálculos;

Utilizando un puente comercial y una celda con constante de 1 cm-1

R1 = 68 Ohm

R2 = 266 Ohm

K = 4.26 * 10-4 Ω -1 cm-1

Con un puente construido y una celda de constante 1 cm-1

R3 = 604

Rx = 2459-07 Ω

K = 8.37 * 10-4 Ω

Medición de Kc con una celda de Kc=1

RX = 266 / 68 *274.08 = 1.072.136471

KM = 1 / 1072.136471

KM= 9.3271x10 -4 Ohm

K = 4.26 * 10-4 Ω -1 cm-1 / 9.3271x10 -4 Ohm

= 0.456738

Medición de conductividad con puente comercial agregando seis gotas de disolución de KCl saturada. Con Kc = 1 cm-1.

K = 8.37*10-4 Ω-1cm-

Conclusiones

Cuando se llega a medir la resistencia de una corriente, es necesario saber bien si la serie está en serie o en paralelo, ya que llega a cambiar la lectura, sin embargo, cuando se quiere conectar una serie, con un solución, cada resistencia, mantiene un valor diferente a las demás, ya que no todas manejan la misma cantidad de energía que pueden mantener, dependiendo también del tipo de celda que se pretenda usar, como el puente de Wheatstone o el puente de Kohlrausch.

Cuando se le llega a agregar una mínima cantidad de un ácido, llega a aumentar la corriente en el puente, por la reacción que llega a dar en la solución.

Cuestionario

1.- Explicar los siguientes conceptos: resistencia, resistencia específica, conductancia medida, conductancia específica y constante de celda. Escribir las ecuaciones que relacionan estos parámetros.

Da un cierto volumen de una solución (Figura 1), su resistencia, R, viene dada por:

R= P /A

Donde es la resistividad de la solución (en ohm cm), A es el área a través de la cual se produce el flujo eléctrico (en cm2) y l es la distancia entre las dos planos considerados (en cm). La resistividad, que normalmente es una función de la temperatura, es una característica del material en el cilindro y es independiente de la forma geométrica del material mientras que R depende de cuan largo y grueso es elcilindro.Tomando el recíproco de la relación (2) se obtiene

I/R = I/P (A/I

Se define la conductancia electrolítica (L) como la magnitud inversa de la resistencia (L=1/R),) cuya unidad son Siemens (S o -1). Definimos la inversa de la resistividad como la conductividad, . Otro nombre usado para la conductividad es conductancia específica. Re-escribimos la relación (3)

L= K (A/I)

Las unidades de son, entonces, S cm-1

.De acuerdo con la ecuación la expresión de () la conductividad de una disolución es la conductancia de la misma encerrada en un cubo de 1 cm3 (l = 1cm, A = 1cm2). La razón (l /A) se define como la constante de la celda de conductividad, k. La relación (4) ahora se puede escribir:

K=KL

L=I/R = I/P (A/I) = 1/ constant cellular k (Ohm -1, S) Constante cellular = (1 /A) (CM-1)

K= 1 /P = 1 /R (I/A) = L (I /A) = L cite celula (S cm-1) = LK

2.- ¿Qué es un conductímetro (o puente de conductividad) y para qué sirve?

Se deben de evitar que exista la reacción, ya que mediante los electrodos se empezaran a separarse los aniones y cationes. Se puede evitar, empezando porque los electrodos no reacciones al agregarle potencial, agregando alguna sustancia como alcohol, que conté una parte polar y otra no polar. Sn embargo, el estado físico de los electrodos debe de ser sólido, y un metal, para poder atraer los iones.

3.- Dibujar los esquemas de un puente de Wheatstone y un puente de Kohlrausch. Explicar, en forma breve, cómo funciona cada uno y en qué condiciones se aplican

El puente de Wheatstone es un circuito diseñado para encontrar la resistencia (o en general la impedancia) de un componente sabiendo la de otros tres componentes. La escena muestra un esquema del puente de Wheatstone en el que las resistencias conocidas son r1, r2 y R2 (que es una resistencia variable). La incógnita es R1. La idea es "equilibrar" el puente buscando un valor de la resistencia variable R2 con el cual la diferencia de potencial entre los nodos A y B sea cero. En la escena el alumno deberá buscar el valor de R2 que equilibre el puente de Wheatstone y calcular el valor de la resistencia R1.

Puente deKohlrausch

La conductividad molar depende de la concentración del electrolito. Sería independiente de la misma si la conductividad fuese directamente proporcional a la concentración, pero esto no es así debido a que la interacción entre los iones es disociaría a concentraciones bajas y asociativas a concentraciones altas

4.- ¿Qué tipo de corriente eléctrica se debe usar para la medición de resistencias en estado sólido y resistencias en soluciones electrolíticas, respectivamente?

En los sólidos cristalinos, sol átomos interaccionan con sus vecinos, y los niveles de energía de los átomos individuales forman bandas. El hecho de que un material conduzca o no, viene determinado por su estructura de bandas y por la ocupación de dichas bandas determinada por los niveles de Femi. Los electrones, al ser fermiones , siguen el principio de excursión de Pauli, por lo que dos electrones dentro de un mismo sistema de interacciones no puede ocupar el mismo estado, lo cual significa que sus números cuántico han de diferir .A si los electrones en un sólido rellenan bandas de energía hasta un cierto nivel, llamado la energía de Femi. Las bandas que están completamente llenas de electrones no pueden conducir la electricidad, porque no hay bandas llenas, son aislantes.

5.- Si se tiene una solución electrolítica de una concentración dada y que presenta un cierto valor de conductividad, ¿qué sucederá si:

a) agregamos más iones a la solución?Comenzará un equilibrio eléctrico, por lo tanto aumentara los iones en cada electrodo, y por lo tanto cuando se trate de medir la conductividad, será mayor a la inicial.

b) ¿agregamos más agua a la solución?

Entones, el agua por portarse como un anión, y un catión, se mantendrá constante la conductividad, solo aumentara la cantidad de masa en la solución.

Bibliografía;

http://books.google.com.mx/books?id=eN0QQg0pJ2cC&pg=PA467&lpg=PA467&dq=puente+de+kohlrausch&source=bl&ots=14HZ1iQKtQ&sig=mx8nNOl7OOL_SGGo5q_Yi1PGw84&hl=es&sa=X&ei=T2ygUf-nJ4y-9QSF0ICABA&ved=0CDMQ6AEwAQ#v=onepage&q=puente%20de%20kohlrausch&f=false

-http://fisica.udea.edu.co/~lab-gicm/Curso%20de%20Electronica/2009_Puente_de_Wheaststone.pdf

Maron, Samuel H. Fundamentos de fisicoquímica. Ed. Limusa. México.1971.

http://ocw.uv.es/ciencias/1-1/teo_conductividad_nuevo.pdf

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Química

Morales Juárez Giovanni

Grupo 1540

Electroquímica

Luis Francisco Farrera Gamboa

EXPERIENCIA DE CÁTEDRA No. 3. Medición experimental de la conductividad

4 de Marzo del 2013