RESUMENLa conductividad es la capacidad que tienen las sustancias para conducir la corriente elctrica, esta conduccin puede llevarse a cabo mediante electrones, iones en disolucin o iones gaseosos.

En esta prctica se plantea como objetivo la determinacin de la conductividad de soluciones acuosas de electrolitos fuertes, dbiles y su relacin con la concentracin y temperatura. Para el desarrollo de la prctica se prepararon soluciones de KCl 0,01M; 0,01, 0,002 y 0,00064N tanto de CH3COOH como de HCl a partir de la solucin de 0,05N. Valoramos las soluciones de NaOH, HCl y CH3COOH proporcionadas para obtener las normalidades corregidas obteniendo como resultado 0,0102; 0,055 y 0,0556N as como de las disoluciones preparadas de CH3COOH: 0,009; 0,00239 y 0,00079N. Para las disoluciones de HCl se obtuvieron los siguientes resultados: 0,0091; 0,0019 y 0,00071N.

Tambin, se procedi a la calibracin del conductmetro. Y luego a la lectura de la conductividad elctrica, obteniendo como resultado para las disoluciones de CH3COOH: 0,38 mS ; 0,16mS; 77,25S y 42,4S anteriormente descritas, igual para las disoluciones de HCl: 20,8mS; 3,91mS; 0,80mS y 0,27mS.

Adems la conductividad especfica de las disoluciones haciendo uso de las ecuaciones fueron las siguientes: para el CH3COOH 0.0556 N 0.0093 N 0.0024 N y 0.00079N fueron 3.5310 x 10-4 , 1.4867 x 10-4, 7.1781 x 10-5 y 3.9398 x10-5 (S/cm) respectivamente. Para el HCl 0.0551 N, 0.0091 N, 0.0019 N y 0.00071 N fueron 1.93 x 10-2, 3.6332 x 10-3, 7.4336 x 10-4 y 2.5088 x 10-4 (S/cm). Y para la solucin de KCl 0,01N fue de 1.3566 x 10-3.

Tambin se calculo la conductividad equivalente de todas las soluciones de CH3COOH y HCl : para el CH3COOH 0.0556 N 0.0093 N 0.0024 N y 0.00079N fueron 6.3506, 15.9860, 29.9086 y 49.8710 ( S x cm2 / eq.) . Para el HCl 0.0551 N, 0.0091 N, 0.0019 N y 0.00071 N fueron 350.7688, 399.2527, 391.2421 y 353.3577 ( S x cm2 / eq.) .Por ltimo la conductividad limite de HCl y CH3COOH fueron de 413.3547 y 378.9937 (S * cm2 / eq) respectivamente, y el porcentaje de error de Ki del cido actico es de 7.06

INTRODUCCIN

Siguiendo los trabajos de Humphrey Davy, sobre electrolisis de metales, en 1834, Michael Faraday inici el estudio de la conduccin elctrica en las soluciones acuosas de sales. Faraday llam aniones, a los iones que se mueven hacia el nodo, y cationes a los que se mueven hacia el ctodo, y a las sustancias que conducen la corriente, electrolitos.Las soluciones de electrolitos tienen propiedades coligativas con valores mayores que los correspondientes a su concentracin molar. Los electrolitos son sustancias que en solucin acuosa o como sales fundidas conducen la corriente elctrica. Pueden ser cidos, HCl, H2SO4, CH3COOH, bases NaOH, Ba(OH)2, NH4OH o sales CH3COONa, NaCl (la sal conduce a 802 C porque se funde) Adems, las reacciones de los electrolitos son ms rpidas que las de otros reactivos.Los electrolitos en solucin, se dividen en iones de signo contrario, la carga de cada in es igual a su valencia y el nmero total de cargas positivas y negativas en la solucin son iguales. En los compuestos inicos los iones existen en todo momento, an en estado slido, por eso, cuando se funden los cristales inicos, los iones tambin quedan libres para conducir la corriente. Al disolverse en agua los iones se separan de la red cristalina y, se hidratan, son rodeados por molculas de agua, entonces cada in queda como una partcula individual.

Segn el grado de disociacin que presentan, los electrolitos se dividen en fuertes y dbiles. Un electrolito es fuerte cuando en solucin se encuentra completamente disociado, mientras que un electrolito es dbil cuando slo est parcialmente disociado. Los electrolitos fuertes son los cidos y bases minerales, con excepcin de los cidos fosfrico y carbnico, y las sales tanto de cidos minerales como orgnicos. Son electrolitos dbiles los cidos carboxlicos y las bases orgnicas.

PRCTICA N 13CONDUCTIVIDAD DE SOLUCIONES ELECTROLTICAS

1. OBJETIVOS

Determinacin de la conductividad de soluciones acuosas de electrolitos fuertes, dbiles y su relacin con la concentracin y temperatura.

2. PRINCIPIOS TERICOS

Conductividad

Conductividad es la capacidad que tiene la materia de conducir la corriente elctrica; en los electrolitos est directamente relacionada con el nmero de iones presentes en la solucin, ya que estos conducen la corriente. Los electrolitos fuertes conducen fcilmente la corriente elctrica porque poseen mucho iones, mientras que los electrolitos dbiles la conducen con dificultad porque tienen pocos.

ResistenciaEs la fuerza que se opone a que la corriente elctrica fluya, se mide en ohms ().

La conductividad est inversamente relacionada con la resistencia de una solucin electroltica, por lo que podemos representarla de la siguiente manera:C = 1/R = -1 = ohms-1

Factores que Modifican la Conductividad

a. Tipo de solvente. Cuando el solvente presenta polaridad parecida o igual a la del soluto, mayor ser la disociacin de este, lo mismo que su conductividad.

b. Temperatura. En general, a mayor temperatura mayor es la disociacin y tambin la conductividad.

c. Concentracin. Para las soluciones diluidas, al aumentar la concentracin de electrolito, aumenta la conductividad. En soluciones concentradas, las interacciones entre iones de carga contraria son fuertes provocando que la disociacin disminuya, por lo tanto, la conductividad ya no aumenta aunque aumente la concentracin, e incluso puede disminuir.

d. Fuerza del electrolito. Los electrolitos fuertes conducen mejor la corriente elctrica que los dbiles, porque se disocian casi completamente.

Conduccin de electricidad en soluciones electrolticas

La capacidad de transporte de corriente elctrica de un conductor cualquiera se evala en funcin de la resistencia elctrica, R, del material, la cual se define por:

La inversa de la resistencia (1/R) se la denomina conductancia, mientras que la inversa de la resistividad (k=1/) se denomina conductividad.

Las unidades de k son -1m-1 Sm-1, donde S = Siemens = 1/

Medicin de la conductividad

Los conductmetros modernos consisten de un celda de vidrio con dos electrodos de negro de Platino de area (A) y distancia definida (l).

La resistencia de la solucin se mide mediante un circuito de resistencias en paralelo, denominado Puente de Wheatstone:

La resistencia R3 se varia hasta balancear la corriente (lectura cero en A) que pasa por las dos ramas en paralelo. Se utiliza CA para evitar electrlisis de la solucin.

La constante de la celda (l / A) se determina con una solucin de referencia (KCl 0.1 mM 10 mM).

Conductividad molar,

A diferencia de un conductor slido, en una solucin electroltica el valor de conductividad tambin depende de la concentracin del electrolito presente.

Una magnitud ms apropiada es entonces la conductividad molar, que define la conductividad por mol de iones presentes:

Dependiendo de si el electrolito es fuerte o dbil, la variacin de L con la concentracin C de electrolito es diferente. Para electrolitos fuertes se cumple.

3. PARTE EXPERIMENTAL

3.1. MATERIALES Y REACTIVOS3.1.1. Materiales Conductmetro Erlenmeyers de 250 mL Pipetas Fiolas Buretas Probetas, baguetas3.1.2 Reactivos NaOH HCl HAc KCl QP. Fenolftalena Solucin estndar HI7030 Biftalato de potasio 3.2. PROCEDIMIENTO

3.2.1. Preparacin de soluciones

Se prepara 100 mL de solucin de KCl 0,01M; 250 mL de soluciones de 0,01; 0,002 y 0,00064N tanto de CH3COOH como de HCl a partir de la solucin 0,05N de cada una de ellas.

Se valora las soluciones de NaOH, HCl y CH3COOH proporcionadas como las preparadas, para la soda usamos biftalato de potasio como patrn primario.

3.2.2. Calibracin del Aparato

En una probeta adecuada limpia y seca, se vierte la cantidad necesaria de solucin estndar Hl7030.

Se lava el electrodo con agua destilada y se seca adecuadamente.

Se sumerge el electrodo y un termmetro en la solucin y se anota la temperatura. Realizamos movimiento rotacional del electrodo con la finalidad de eliminar las burbujas de aire atrapadas en la celda.

Encendemos el instrumento con el control correspondiente, con la perilla de coeficiente de temperatura, ajustamos el valor de la temperatura. As mismo con la perilla respectiva ajustamos el valor de la conductividad leda de tablas del estndar, a la temperatura correspondiente

Regresamos la solucin estndar al frasco.

3.2.3. Lectura de la conductividad de soluciones

Se coloca en la probeta 30mL de la solucin de KCl, medimos la temperatura e introducimos el electrodo limpio y seco en la solucin cuidando que no queden burbujas atrapadas, descartamos la solucin.

Sin enjuagar la probeta, colocamos una nueva porcin de solucin y repetimos el procedimiento de eliminacin de burbujas. Elegimos un rango adecuado de conductividad. Si la escala marca solo 1 en el extremo izquierdo y ninguna lectura en el derecho, significa que el rango de conductividad debe ser mayor, en este caso se debe usar el siguiente rango ms alto.

Despus de completar la lectura, apague el instrumento. Lavamos y secamos el electrodo.

Se repite todo el procedimiento para las soluciones de HCl y HAc proporcionas, y para todas las preparadas por diluciones.

4. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS

Tabla # 1: Condiciones de laboratorio

Presin (mmHg)Temperatura(0C)% H.R

7562094

Tabla # 2: Valoracin de NaOH

Peso del biftalato de potasio ( g.)0.0216

Volumen de NaOH (mL.)11.8

Normalidad corregida 0.0102

Tabla # 3:Titulacin de soluciones

SolucinV ( mL.)Volumen gastadoDe NaOH ( mL)Normalidad corregida

CH3COOH 0.05 N210.90.0556

CH3COOH 0.01 N109.150.0093

CH3COOH 0.002 N204.70.0024

CH3COOH 0.000064 N403.10.00079

HCl 0.05N210.80.0551

HCl 0.01 N108.90.0091

HCl 0.002 N203.80.0019

HCl 0.000064 N402.80.00071

Tabla # 4:Datos tericos de las conductividades especificas del KCl a 0.01 N , conductividad elctrica experimental del KCl a 0.01N , 23C y constante de celda

T (C)K 0.01N (s/cm)

201.278 x 10-3

251.409 x 10-3

23 1.3566 x 10-3

L (S)1.46 x 10-3

a (cm-1)0.9292

Tabla # 5:

Conductividad especfica y conductividad equivalente

Solucin

L (S)K ( S / cm ) ( S x cm2 / eq.)

CH3COOH 0.0556 N3.8 x 10-43.5310 x 10-46.3506

CH3COOH 0.0093 N1.6 x 10-41.4867 x 10-415.9860

CH3COOH 0.0024 N77.25 x 10-67.1781 x 10-529.9086

CH3COOH 0.00079N42.4 x 10-63.9398 x 10-549.8710

KCl 0.01 N1.46 x 10-31.3566 x 10-3135.6600

HCl 0.0551 N20.8 x 10-31.93 x 10-2350.7688

HCl 0.0091 N3.91 x 10-33.6332 x 10-3399.2527

HCl 0.0019 N8.0 x 10-47.4336 x 10-4391.2421

HCl 0.00071 N2.7 x 10-42.5088 x 10-4353.3577

Tabla #7:Datos Para la Grafica conductividad equivalente() vs. N

Solucin

N ( S * cm2 / eq.)

CH3COOH 0.0556 N0.23586.3506

CH3COOH 0.0093 N0.096415.9860

CH3COOH 0.0024 N0.049029.9086

CH3COOH 0.00079 N0.028149.8710

HCl 0.0551 N0.2347350.7688

HCl 0.0091 N0.0954399.2527

HCl 0.0019 N0.0436391.2421

HCl 0.00071 N0.0266353.3577

Tabla # 8:Conductividad limite del HCl y CH3COOH

HCl S * cm2 / eq CH3COOH S * cm2 / eq.

413.3547378.9937

Tabla # 9:Grado de disociacin y Ki del CH3COOH

Solucin CH3COOH (N) ( grado de disociacin)Ki

0.05560.01681.5788 x 10-5

0.00930.04221.7292 x 10-5

0.00240.07891.6220 x 10-5

0.000790.13161.5755 x 10-5

Ki (promedio)1.6264 x 10-5

Tabla # 10:

Porcentaje de error de la constante de ionizacin

Ki (terica)1.75 x 10-5

Ki (experimental)1.6264 x 10-5

% error7.06

5. EJEMPLO DE CLCULOS

1.- Obtencin de la constante de celda a partir de las medidas para el KCl

Para la obtencin del la constante de celda recurramos a los datos tericos que se encuentra en la tabla N y con la formula se obtiene la constante de celdaSe trabajo a una temperatura de 230 C

Por interpolacin lineal obtenemos:

T (C)K 0.01N (s/cm)

x1 = 20 y1 = 1.278 x 10-3

x2 = 25y2 = 1.409 x 10-3

x = 23 y = 1.3566 x 10-3

K = conductividad media para KCl 0.01 N a 23 C

La constante de celda se calcula a partir de la siguiente relacin: K = L. a... (1)Donde: a = Constante de celda.L= Conductividad elctrica medida para el KCl = 1.397 x10-3s.K= Conductividad especfica a 23C = 1.3566 x 10-3 s/cm.

Reemplazando los valores en (1), obtenemos:

a = 0.9711 cm-12. Determine las concentraciones exactas de las soluciones y diluciones.

Solucin de NaOH:# eq NaOH = # eq BFKWBFK = 0.0216 g.V NaOH = 10.3 mLPE BFK = 204.22 g. /equiv.Reemplazando los datos, se obtiene:N NaOH = 0.0103 NPara el HCl 0.05 N:# eq NaOH = # eq HClN NaOH x V NaOH = N HCl x V HClN NaOH = 0.0103 NV NaOH = 10.9 mL.V HCl = 2 mLReemplazando los datos, se obtiene: N HCl = 0.0561 N

Nota : De la misma manera, se calcula para las disoluciones de HCl, as como para el CH3COOH y sus disoluciones.

3. Calcule la conductividad especfica (K), de todas las soluciones, y su conductividad equivalente.

Conductividad especfica (K): para el HAc 0.05 N

K = L. a

L= 3.8 x 10-4 sa = 0.9292 cm-1

Reemplazando los datos, en la ecuacin dada, se obtiene:

K = 3.5310 x 10-4 s/cm.

Conductividad equivalente (.) para el HCl 0.05N

= K x 1000 N

K = 3.5310 x 10-4 s/cm.N = 0.0551 N

Reemplazando, se obtiene:

= 6.3506 s.cm2/eq

4. Clculo de la conductividad limite del HAc y del HCl por contribuciones

1.- Clculo de la conductividad limite del CH3COOH

( 23 0C) H+ = (250C) [ 1 + a( t 25 )

( 23 0C) H+ = 349.82[ 1 + 0.0142 (23- 25 ) ]

( 23 0C) H+ = 339.8851 S cm2eq.

Adems :

(23 0C) CH3COO- = (250C) [ 1 + a( t 25 )

(23 0C) CH3COO- = 40.9 [ 1 + 0.0219 (23-25)]

(23 0C) CH3COO- = 39.1086 S cm2eq.

Entonces:

CH3COOH = H+ + CH3COO-

CH3COOH = 339.8851 + 39.1086

CH3COOH = 378.9937 S. cm2/ eq

2.- Calculando la conductividad limite del HCl

( 23 0C) H+ = (250C) [ 1 + a( t 25 )

( 23 0C) H+ = 349.82[ 1 + 0.0142 (23- 25 ) ]

( 23 0C) H+ = 339.8851 S cm2eq.

Adems :

( 230 C) Cl- = (25 0 C ) [ 1 + a (t 25)]

( 230 C) Cl- = 76.34 [ 1 + 0.0188 (23 25) ]

( 230 C) Cl- = 73.4696 S x cm2/ eq

Entonces la suma de ambos es :

HCl = H+ + Cl-

HCl = 339.8851 + 73.4696

HCl = 413.3547 S x cm2/ eq

5.- Determinacin de los grados de disociacin del CH3COOOH en cada una de las soluciones y con estos valores la constante de disociacin

Para el caso del CH3COOH (0.0093N)

.

= 0.0422

6.- Ahora hallamos la constante de ionizacin: Ki Para hallar KiCH3COOH

KiCH3COOH =

KiCH3COOH =

KiCH3COOH = 1.7292 x 10-5

Nota: Del mismo modo se procede para los otros valores.

Hallando la constante promedio:

KiCH3COOH = (1.5755+1.6220+1.7292+1.5788) x 10-5 4

Ki CH3COOH = 1.6264 x 10-5

7. Hallando porcentaje de error del KiKi (terica) = 1.75 x 10-5Ki (experimental) = 1.6264 x 10-5% error =

% error = 7.06

6. ANLISIS DE RESULTADOS

El error con respecto a la grfica de HCl se debe principalmente a una medicin incorrecta de las conductividades de cada solucin, esto ocasiona con la grfica no sea lineal para el cido fuerte. Con respecto al cido actico la grfica indica el comportamiento de un electrolito dbil debido a su baja disociacin.

7. CONCLUSIONES

Se pudo comprobar que el grado de disociacin del cido actico es muy dbil confirmando que si acta como un electrolito dbil y por lo tanto su conductividad elctrica es menor con respecto a la del cido clorhdrico. De acuerdo a la grfica del cido actico muestra el comportamiento de un electrolito dbil

8. BIBLIOGRAFA

Gilbert W. Castellan, Fisicoqumica, 2da edicin, editorial Addison Wesley Iberoamericana, pgs. 784, 785. Y 805-816. http://www.unioviedo.es/QFAnalitica/trans/quimFores/tema8/Potenciometrias.pdf

9. APNDICECUESTIONARIO

1) Indique y explique las tcnicas experimentales utilizadas para determinar el nmero de transporte.

Nmeros de transporte o transferencia:

Se define como nmero de transporte o transferencia, la fraccin de corriente total transportada por cada uno de los iones en una solucin. La fraccin de corriente que transporta un in depende de la velocidad de su movimiento migratorio. Se deduce de la definicin, que la suma de los nmeros de transporte para catin y anin es igual a uno.

Existen tres mtodos experimentales para determinar el nmero de transporte:

Mtodo de Hittorf. Mtodo del lmite mvil. Medidas de FEM de pilas de concentracin.Mtodo de Hittorf: Este mtodo consiste en utilizar una celda de electrlisis en la que las zonas andicas y catdicas estn separadas por una regin central en la que, si bien existe gradiente de potencial elctrico, el gradiente de potencial qumico es nulo. En el esquema se puede ver que este mtodo cumple con las condiciones de la definicin de nmero de transporte; y las regiones prximas a los electrodos (nodo y ctodo) que permiten evaluar las cantidades acumuladas, mediante las cuales se acceder al valor del nmero de transporte.

2) Explique la teora de Debye-Huckel y su aplicacin.

La fuerza elctrica entre dos cargas en disolucin acuosa, si la distancia entre ellas es suficientemente grande, es modificada debido a la existencia de otras cargas entre ellas.La teora de Debye-Huckel establece cmo el campo elctrico debido a un cierto in se ve modificado debido a la existencia de otras cargas en disolucin. El ion atrae cargas de signo contrario y repele cargas de igual signo.

Los postulados principales son:

Los electrolitos fuertes se disocian por completo. Las desviaciones observadas respecto del comportamiento ideal de las soluciones se atribuyen a las interacciones elctricas entre los iones. Cada ion est rodeado por una atmsfera inica de iones de carga opuesta.Ecuaciones lmite de Debye-Huckel:a) Para concentraciones menores que 0,01M:

b) Para concentraciones mayores de 0,01M:

3) Explique el fundamento terico de la Ley de Kohlrausch.

Kohlrausch comprob experimentalmente que para soluciones muy diluidas de electrolitos fuertes la vara linealmente con la raz cuadrada de la concentracin de acuerdo con:

Donde es la conductividad molar a dilucin infinita y A una constante de proporcionalidad que depende de la temperatura, propiedades del medio tales como viscosidad y constante dielctrica, y de otros parmetros del electrolito como la carga, tamao de los iones, etc.

Grficas

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