P9 Medida de Conductividad Electrolito Fuerte y Debil

7/25/2019 P9 Medida de Conductividad Electrolito Fuerte y Debil

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PRACTICA 9. Qumica Fsica I 1

MEDIDA DE LA CONDUCTIVIDAD DE UN ELECTROLITO FUERTE Y DEBIL.

OBJETIVOS:

Comprobacin de la ley de Onsager-Kohlrausch y determinacin de la conductividad

equivalente a dilucin infinita de un electrolito fuerte y uno dbil. Determinacin de la

constante de disociacinde un electrolito dbil. (1 sesin)

1. FUNDAMENTO TEORICO

Conductividad y ley de Kohlrausch

La conductividad elctrica es un fenmeno de transporte en el cual la carga elctrica, en forma

de electrones o iones se mueve a travs del sistema en estudio.

La carga fluye porque experimenta una fuerza elctrica, por tanto, debe haber un campo

elctrico en un conductor que transporte corriente. La conductividad tambin llamadaconductancia especfica o conductividad especfica de una sustancia se define como: = i/E,

siendo i la densidad de corriente y la magnitud del campo elctrico aplicado. Considerandoun conductor de composicin homognea que transporta corriente, con seccin transversal de

rea constante A, la conductividad especfica se expresa como:

Siendo V, la diferencia de potencial elctrico, entre los extremos del conductor, la corrienteque atraviesa el circuito, la longitud del mismo y definiendo como V/ la resistencia Rdelconductor. Para un gran nmero de sustancias, es independiente de la magnitud del campo

elctrico aplicado, y por lo tanto ser independiente de la magnitud de la densidad decorriente. Se dice entonces que dichas sustancias obedecen la ley de Ohm. Los metales

obedecen dicha ley y las disoluciones de electrolitos tambin lo hacen cuando el aplicado noes extremadamente alto y se mantienen condiciones de estado estacionario.

Conductividad elctrica de disoluciones electrolticas.

Una disolucin electroltica est constituida por especies cargadas, llamadas iones, estos son

tomos o grupos de tomos dispuestos para la conduccin. Supongamos dos electrodos planos

y paralelos sumergidos en una disolucin electroltica tal como se muestra en la figura. Este

montaje puede considerarse una clula sencilla de conductividad. En ausencia de campo

elctrico los iones se mueven de forma catica al azar y el resultado neto de dicho movimiento

es el mismo que si se encontraran en reposo. Sin embargo, bajo la influencia de un campo

elctrico, el resultado es que la diferencia de potencial entre los dos electrodos produce un

flujo de iones, es decir una conduccin. Dicha conduccin se debe a la migracin de iones en


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respuesta al campo elctrico aplicado. En cada interfase electrodo/disolucin tiene lugar una

reaccin electroqumica que transfiere electrones al electrodo o que los toma de l,permitiendo, por lo tanto que la carga fluya por todo el circuito.

Hace unos aos, la determinacin de la conductividad de una disolucin se haca situando sta

en una clula de conductividad, y midiendo su resistencia R. Para ello, se coloca la clula en

un brazo de un puente de Wheatstone, que no es ms que un circuito que permite medir la R.

Una vez conocida R, se calcula la conductividad especfica de la disolucin a partir de

, donde es el rea de los electrodos y la separacin entre ellos. En particular, se define como la constante de la clula que estamos utilizando, . En lugar de medir y , es ms exacto determinar del aparato (o sea, calibrarlo) midiendo la resistenciapara una disolucin patrn (tpicamente de KCl), , de conductividad conocida, , con lo que . Posteriormente, si introducimos otra disolucin cualquiera en la clula, yobservamos que ofrece una resistencia R, la conductividad de dicha disolucin vendrsimplemente dada por .En la actualidad, este proceso est automatizado con el uso de un conductmetro. El proceso

de calibracin se realiza antes de comenzar la medida, utilizando una disolucin patrn de KCl.

Una vez calibrado, el aparato proporciona directamente el valor de la conductividad

resultante, no siendo necesario realizar los clculos que involucran . De cualquier manera,el valor de la constante de la clula puede leerse en la pantalla del aparato cuando se realiza la

calibracin inicial.

Aunque es una medida de la facilidad con que la corriente fluye a travs de un cubo de 1cm3

de disolucin no sirve para dar una idea de la conductividad de un determinado tipo de

electrolito, ya que la conductividad es a su vez dependiente de la concentracin de portadores

de carga (iones), y al aumentar la concentracin de los mismos, la conductividad de la

disolucin aumenta por lo general. Es por tanto til definir otro tipo de conductividad para

poder obtener una medida de la capacidad de transporte de corriente de una cantidad dada

de electrolito. Se define por tanto la conductividad molar, m, que es la conductividad que

presenta una cantidad tal de disolucin que contenga un mol de electrolito entre dos

electrodos separados 1cm. La relacin que tiene con es:


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siendo c la concentracin en moles/litro. Para un electrolito fuerte, sin asociacin inica, la

concentracin de iones es directamente proporcional a la concentracin estequiomtrica del

electrolito, por lo que podra pensarse que mpudiera ser independiente de la concentracin.

Kohlrausch lleg a deducir una serie de relaciones empricas, caracterizando la variacin de la

conductividad molar de algunos electrolitos a una temperatura determinada. Ms tarde

Onsager lleg a la misma expresin haciendo uso de los modelos atomsticos. Ambosobservaron dos tipos de electrolitos de comportamiento distinto: aquellos que, en

disoluciones diluidas, se aproximan al valor lmite de cuando c0 de un modo lineal con c1/2

,

es decir, m= c0A.c1/2(electrolitos fuertes) y aquellos que se aproximan al valor lmite de

las disoluciones diluidas de forma tangencial (electrolitos dbiles). En el primer caso, por

extrapolacin puede obtenerse con bastante precisin el valor de c0, y dicha magnitud se

denomina conductividad molar a dilucin infinita. Aunque esta situacin no parece tener

mucho sentido fsico dicha magnitud es til para tomarla como estado de referencia debido a

la ausencia de fuerzas interinicas apreciables.

2. MATERIALES Y REACTIVOS

Vidrio de relojMatraces aforados

Vasos de precipitados

Frascos de plstico.

Pipeta de 2ml graduada en 0.1ml

Clula de conductividad

Conductmetro

Termostato

Agua desionizada

KCl(s), cido actico.

3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Observaciones: El agua empleada en la preparacin de las disoluciones debe tener una

conductividad especfica del orden de 106

S cm1

. En las medidas de se deber restar laconductividad del agua, lo que proporciona un valor corregido, corregido.La preparacin de las distintas concentraciones de electrolito debe ser muy cuidadosa. El

mejor mtodo ser preparar una disolucin patrn concentrada e ir diluyendo. Todo el

material empleado debe estar limpio y enjuagado con agua destilada. Comprobar que no

quedan burbujas de aire dentro de la clula de conductividad. Las medidas de conductividad

dependen mucho de la temperatura. Todas las medidas se harn manteniendo el vaso con la

clula de conductividad en el interior del termostato. Antes de hacer la medida se espera al

menos 5 minutos para asegurarse de que la temperatura es constante.

La clula de conductividad se lavar primero en agua destilada y luego en la disolucin cuya

conductividad se vaya a medir.

Se recomienda comenzar el estudio por la disolucin ms diluida y seguir hacia las ms

concentradas.

Para ello se proceder, en primer lugar, a calibrar el conductmetro utilizando la disolucin de

KCl que se proporciona. Anotar, por curiosidad, el valor de laque proporcione el aparato.

Determinacin de la conductividad equivalente de un electrolito fuerte para distintas

concentraciones.

La primera parte de la prctica consiste en determinar la variacin de la conductividad molar

con la concentracin de un electrolito fuerte y comprobar la ecuacin de Kohlrausch-Onsager.


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Se preparan disoluciones de la sal KCl. Se medir de cada disolucin de concentracin 0.1,0.05, 0.02, 0.01, 0.005, 0.001 y 0.0005 M y usando dichas medidas, corregidas restando la

conductividad del agua, se calcular lo que llamaremos m medida para cada concentracin. Se

comprobara la ley de Kohlrausch, se obtendr por extrapolacin el valor de c0 y se

comparar con valores tabulados.

Rellenar la tabla adjunta, representar grficamente m medida frente a c

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y extrapolar a c0.Hacer la misma representacin con los datos tabulados que se encuentra en el handbook del

laboratorio para comparar los resultados.

Determinacin de la conductividad equivalente de un electrolito dbil para distintas

concentraciones. Determinacin de la constante termodinmica.

Se preparan disoluciones de cido actico. Se medir de cada disolucin de concentracin0.1, 0.05, 0.02, 0.01, 0.005, 0.001 y 0.0005 M y usando dichas medidas se calculara m medida

para cada concentracin. Se comprobara si se cumple la ley de Kohlrausch, se discutir si es

posible obtener por extrapolacin el valor de c0 y se comparar con valores tabulados.

Se calcular el grado de disociacin a partir de la relacin ( = m medido /c0) y se calcular laconstante de disociacin al cido actico. Explicamos a continuacin como hacerlo.

Para electrolitos dbiles se observa que la conductividad molar depende fuertemente de la

concentracin del electrolito. Este comportamiento se justifica en trminos de la existencia de

un equilibrio entre formas ionizada y no ionizada del soluto. En el caso del cido actico,

electrolitos tipo 1:1, se establece el siguiente equilibrio:

HAc + H2O Ac

+ H3O+

c (1-) c c

donde c esla concentracin inicial de cido y el grado de disociacin.

La expresin correspondiente de la constante de equilibrio termodinmica,

, de dicha

disociacin vendr dada por la ecuacin:

(1)

La relacin entre y la concentracin para disoluciones diluidas viene dada por la ley lmitede la primera aproximacin de Debye-Hckel, , dondees la fuerzainica del medio, dada por , y es la concentracin molar de cada una de lasespecies inicas diluidas. Tomando logaritmos en los dos miembros extremos de la ecuacin

(1), e introduciendo la ley de Debye-Hckel, se puede ver que la representacin de log K

frente al valor de

debe ser una lnea recta, cuya ordenada en el origen resulta ser el valordel log , y que nos permite calcular la que buscamos.Rellenar la tabla adjunta, realizar la representacin grfica pedida y obtener la constante de

disociacin del cido actico.

Bibliografia:

Fisicoqumica Vol 2. Ira Levine. McGraw-Hill 1996

Fisicoqumica. Atkins. Addison Wesley 1987.

Electroqumica Moderna Vol 1. J.OM Bockris, A.K.N. Reddy. Revert 1978.


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MEDIDA DE LA CONDUCTIVIDAD DE UN ELECTROLITO FUERTE.

Resultados

Medida de la conductividad de un electrolito fuerte.

Kcelula=agua desionizada=

TABLA I

cc )1(Scm corregido )(

12 molScm medidom tabuladom

- Representacin grfica de medido y tabulado frente a c1/2.Resultados del ajuste

Datos experimentales Datos tabulados

* Pendiente * Pendiente

* Ordenada * Ordenada

*c0= * c0=


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MEDIDA DE LA CONDUCTIVIDAD DE UN ELECTROLITO DEBIL.

Resultados

Medida de la conductividad de un electrolito debil.

Kcelula=agua desionizada=

TABLA I

cc )

1

corregido(Scm

)( 12 molScm medidom

tabuladom

= m medido/c->0 I1/2

K

- Representacin grfica de K frente a I1/2

.

=

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