CONDUCTANCIA DE LOS ELECTROLITOS 1. Objetivos -
Dete Determ rmin inar ar la cond conduc ucti tivi vida dad d equi equiva vale lent nte e de los los elec electr trol olit itos os a dife difere rent ntes es concentraciones. Determinar las conductividades equivalentes equivalentes de los electrolitos a dilución infinita.
2. Fundamento teórico La conductivida conductividad d (o conductancia conductancia específica) específica) de una solución solución de electrolito electrolito es una medida de su capacidad para conducir conducir la la electricidad. La unidad SI SI de de conductividad es el siemens por metro (S/m). Las medidas de conductividad se utilizan de forma rutinaria en mucas aplicaciones industriales ! medioam"ientales como un modo r#pido$ "arato ! fia"le de medir el contenido iónico en una solución. %or e&emplo$ la medida de la conductividad del producto es un modo típico de supervisar instant#nea ! continuamente la tendencia del funcionamiento de los sistemas de purificación del a'ua. a'ua . n mucos casos$ la conductividad est# directamente vinculada a la cantidad de sólidos sóli dos total totales es disue disueltos ltos (DS (DS). ). l a'ua a'ua desi desion oniz izad ada a de alta alta cali calida dad d tien tiene e una una conductividad de *$* +S/m$ el a'ua pota"le típica en el ran'o de *,*- mS/m$ mientras que el a'ua de mar cerca de * S/m. 2 (es decir$ la conductividad del a'ua de mar es un millón de veces ma!or que el a'ua desionizada). La conduc conductiv tivid idad ad se deter determin mina a a"it a"itua ualme lmente nte midie midiend ndo o la resistencia de una solución entre dos electrodos electrodos.. Las soluciones diluidas si'uen las le!es de 0olrausc de la dependencia de la concentración ! la aditividad de las concentraciones iónicas. nsa'er dio una eplicación teórica de la le! de 0olrausc por etensión de la ecuación de De"!e345c6el De"!e345c6el.. la cond conduc ucti tivi vida dad d de una una solu soluci ción ón que que cont contie iene ne un elec electr trol olit ito o depe depend nde e de la concentra concentración ción del electrol electrolito. ito. %or lo tanto tanto es convenie conveniente nte dividir dividir la conducti conductividad vidad específic específica a por la concentr concentració ación. n. ste cociente se denomina denomina conductividad molar $ es denota por 7 m. Λ m=
K C
Eectroitos !uertes Los electrolitos fuertes son son capac capaces es de disociarse disociarse completamente en solución. La conductividad conductividad de una solución de un electrolito fuerte a "a&a concentración si'ue la le! de 0olrausc8 0olrausc8
9
donde se conoce como la conductividad molar limitante$ K es una constante empírica ! c es la concentración de electrolito. (Limitante aquí si'nifica :en el límite de la dilución infinita:) %or otra parte$ 0olrausc tam"i;n encontró que la conductividad limitante de aniones ! cationes son aditivas8 la conductividad de una solución de sal es i'ual a la suma de las contri"uciones a la conductividad de los cationes ! los aniones.
donde8
son el n
>na interpretación teórica de estos resultados fue proporcionada por la ecuación de De"!e,45c6el,nsa'er.
donde A ! B son constantes que dependen solamente de cantidades conocidas como temperatura$ car'as de los iones ! la constante diel;ctrica ! la viscosidad del disolvente. omo el nom"re su'iere$ esta es una etensión de la teoría de De"!e3 45c6el$ de"ida a nsa'er . s un 'ran ;ito para soluciones a "a&a concentración. Eectroitos d"bies >n electrolito d;"il es aquel que no est# totalmente disociado. ípicos electrolitos d;"iles son los #cidos d;"iles ! las "ases d;"iles s. La concentración de iones en una solución de un electrolito d;"il es menor que la concentración de dico electrolito. %ara los #cidos ! las "ases la concentración puede calcularse cuando se conoce el valor o los valores de las constantes de disociación #cida. %ara un #cido monoprótico$ 4$ con una constante de disociación K a$ se puede o"tener una epresión eplícita para la conductividad como una función de la concentración$ c $ conocida como le! de dilución de st?ald.
Concentraciones eevadas anto la le! de 0olrausc como la ecuación de De"!e,45c6el,nsa'er descri"e lo que ocurre cuando la concentración de electrolito aumenta por encima de cierto valor. La razón es que cuando la concentración aumenta la distancia media entre cationes ! @
aniones disminu!e$ de modo que a! una ma!or interacción iónica. Si ello constitu!e una asociación de iones es discuti"le. Sin em"ar'o$ a menudo se considera que los cationes ! aniones interact
9. #ateriaes $ E%ui&os
*
Conduct)metro * tubos de ensa$o @.
+aso &reci&itado de ,L
2vasos de precipitado de 1*-ml
Fioa de ,m
%ro"eta de *-ml
'rocedimiento e(&erimenta
%reparación de la solución8 %reparar en una fiola 1--mL de solución acuosa de D (-.12*H).
De esta fiola se separa la mitad de la solución$ a G un tu"o de ensa!o$ quedando en la fiola *-mL de solución.
sta fiola se vuelve a llenar con a'ua para diluir la solución a -.-G2*H.
Se procede de la misma manera con diluciones sucesivas o"teniendo tu"os de ensa!o con concentraciones8 -.-912*H$ -.-1*G2*H$ -.--J12*H ! -.--9K-G2*H.
Hedición de la conductividad8
Introducimos el conductimetro de la solución de menor concentración acia la de ma!or.
Lavar el conductimetro con a"undante a'ua destilada.
*. Tratamiento de datos *., /oja de datos
epetir el procedimiento con las dem#s soluciones.
*.0 Datos
J
K
*.1 'rocesamiento de datos $ tratamiento estad)stico -
epresentar en forma 'r#fica la conductancia específica respecto a la concentración para el Mal$ D Disódica$ 0l ! 4 9Ma. onductancia específica para el Mal8 Concentració n NaC 2#3
Conductanci a es&eci!ica 2mS4cm3 2*. 19.J1 .19 9.G 2.-2 1.-9G -.***
-.2* -.12* -.-G2* -.-912* -.-1*G2* -.--J12* -.--9K-G2*
Conductancia especica (m!cm) "s concent#acion de$ %aC$(&) 30 25
f(x) = 102.39x + 0.45 R² = 1
20 15 10 5 0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
onductancia específica para el D8 Concentración de EDTA 2#3
Conductividad es&eci!ica 2mS4cm3
-.12* -.-G2* -.-912* -.-1*G2* -.--J12* -.--9K-G2*
12. .9* @.1K 2.2K 1.2*@ -.GK
0.3
Conductancia especica (m!cm) "s Concent#acion de$ *,- (&) 14 f(x) = 9.5x + 0. R² = 0.99
12 10 ' 4 2 0
0
0.02
0.04
0.0'
0.0
0.1
0.12
onductancia especifica del 0l8 Concentració n de 5C 2#3
Conductanci a es&eci!ica 2mS4cm3
-.2* -.12* -.-G2* -.-912* -.-1*G2* -.--J12* -.--9K-G2*
9-.G 1G.91 J.*2 @.@* 2.* 1.1121G -.G1299
0.14
Conductancia especica (m!cm) "s concent#acion de$ C$(&) 35 30
f(x) = 121.2x + 0.54 R² = 1
25 20 15 10 5 0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
onductancia del 49Ma8 Concentració n de C/1COONa 2#3
conductivida d 2mS4cm3
-.2* -.12* -.-G2* -.-912* -.-1*G2* -.--J12* -.--9K-G2*
1.21 K.9@ *.@@ 2.*2 1.@2J -.* -.92@
conductancia especica (m!cm) "s concent#acion de$ C/3C%a 20 1 f(x) = '.41x + 0.44 R² = 1
1' 14 12 10 ' 4 2 0
-
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
alcular la conductividad equivalente para cada solución acuosa de Mal$ D Disódica$ 0l ! 4 9Ma. De la si'uiente fórmula8 λ =
1000. k
C
C N M .θ =
NMalC 1 N.D...C 2 N0lC 1 N49MaC 1
oncentraciones en (equiv/L) (equiv/cm9) 1-,9 Mal
-.2*
-.12*
-.-G2*
-.-912*
-.-1*G2*
-.--J12*
-.--9K-G2*
.D...
-.*
-.2*
-.12*
-.-G2*
-.-912*
-.-1*G2*
-.--J12*
0l
-.2*
-.12*
-.-G2*
-.-912*
-.-1*G2*
-.--J12*
-.--9K-G2*
49Ma
-.2*
-.12*
-.-G2*
-.-912*
-.-1*G2*
-.--J12*
-.--9K-G2*
λ ( S . c m
Mal
1-2.J
.D...
2
/¿) 11-.@J-
[email protected]
11.@@-
12K.2J-
192.G-J
[email protected]
*-.J
*J.J
G.-@
9.2J
J-.2*G
JJ.92
0l
122.@
19-.@J
19G.92
1@2.@
1G@.@J
1@9.*9G
1*G.*G@ J
49Ma
GJ.J@
@.2
J.-@
J-.G@
K1.9K2
KG
KJ.9-@
-
epresentar en forma 'r#fica la conductividad equivalente respecto a la √ C para el Mal$ D Disódica$ 0l ! 4 9Ma. Hediante la etrapolación determinar el valor de OP para el Mal$ D Disódica$ 0l ! 4 9Ma cuando C- (dilución infinita). La 'r#fica de O en función de √ C es casi lineal para un electrolito fuerte$ use el m;todo de mínimos cuadrados. %ara el Mal C (equiv/L)
√
λ(S·cm2/equiv.)
0.25
0.5
102.
0.125
0.35355339
110.4
0.0625
0.25
114.0
0.03125
0.1''
11.44
0.015625
0.125
129.2
0.0078125
0.0335
132.'0
0.00390625
0.0'25
142.0
√ s (%aC$) 120
100 f(x) = '2.59x + 9.' 0
'0
40
20
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
omparando con la ecuación O C OP ,
√ C
! C ,J1.229 A 19K.91 ntonces resulta OP C 19K.91 cm2!eui.
%ara el D Disódica C (equiv/L)
√
λ(S·cm2/equiv.)
0.125
0.35355339
50.
0.0625
0.25
5.
0.03125
0.1''
'.04
0.015625
0.125
3.2
0.0078125
0.0335
0.25'
0.00390625
0.0'25
.32
0.'
√ s (*,- is6dica) 120
100
f(x) = '2.59x + 9.' 0
'0
40
20
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
omparando con la ecuación O C OP ,
√ C
! C ,122.G A K1.9*K ntonces resulta OP C K1.9*K cm2!eui.
%ara el 0l C (equiv/L)
√
λ(S·cm2/equiv.)
0.25
0.5
122.4
0.125
0.35355339
130.4
0.0625
0.25
13'.32
0.03125
0.1''
142.4
0.015625
0.125
1'4.4
0.0078125
0.0335
143.53'
0.00390625
0.0'25
15'.5'4
0.5
0.'
√ s (C$) 120
100 f(x) = '2.59x + 9.' 0
'0
40
20
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
omparando con la ecuación O C OP ,
√ C
! C ,K.1J1 A 1*K.K* ntonces resulta OP C 1*K.K* cm2!eui.
%ara el 4 9Ma C (equiv/L)
√
λ(S·cm2/equiv.)
0.25
0.5
'.4
0.125
0.35355339
4.2
0.0625
0.25
.04
0.03125
0.1''
0.'4
0.015625
0.125
91.39
0.0078125
0.0335
92.9'
0.00390625
0.0'25
9.304
0.5
0.'
√ s (C/3C%a) 120
100
f(x) = '2.59x + 9.' 0
'0
40
20
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
omparando con la ecuación O C OP ,
√ C
! C ,G2.*J A KJ.*G ntonces resulta OP C KJ.*G cm2!eui.
G. Discusión de resutados Los resultados del OP lo or'anizamos en la si'uiente ta"la8
0.5
0.'
Eectroito 0l Mal 49Ma
67 2teórico3 1@K.*G 12G.@* K1.-
OP 2e(&erimenta3 1*K.K* 19K.91 KJ.*G
8 de error G.K@ 1-.1 J.*2
QDatos teóricos etraídos de la ta"la Rquivalent conductances of some electrol!tes in aqueous solutions at 2*T del li"ro omson omo se o"serva$ los porcenta&es de error entre los valores que se o"tuvieron eperimentalmente ! los valores teóricos son relativamente "a&os$ considerando los errores que puedan ocasionar la precisión en el c#lculo de las concentraciones$ la pureza de los electrolitos$ la temperatura del am"iente$ etc$ se puede decir que la eperiencia resultó ser eitosa$ !a que se o"tuvieron resultados mu! cercanos a los valores teóricos. nalizando las conductancias específicas o"tenidas de los @ electrolitos para una misma concentración$ se tiene por e&emplo8 %ara -.12* H lectrolito Mal D 0l 49Ma
0 (mS/cm) 19.J1 12. 1G.91 K.9@
l 0l es el electrolito m#s fuerte de los @ analizados$ esto !a que presenta ma!or conductancia específica$ valor que se relaciona directamente con la conductancia de la solución. ma!or conductancia$ el electrolito es m#s fuerte ! conduce me&or la corriente el;ctrica$ !a que posee menor resistencia. l 4 9Ma es el electrolito m#s d;"il$ !a que posee una ma!or resistencia al paso de la corriente el;ctrica ! por lo tanto$ una menor conductividad específica. "servando entre el Mal ! el 0l$ am"os electrolitos poseen el mismo anión anión$ l,$ solo que se diferencian por el catión. anto el 0 como el Ma pertenecen al 'rupo I$ así que el 0$ al ser un #tomo m#s 'rande$ posee menor fuerza de atracción con el cloruro$ disminu!endo así su resistencia ! aumentando su conductancia$ lo que se ve refle&ado en los valores o"tenidos8 el 0l es un electrolito m#s fuerte que el Mal. l mismo criterio se utiliza para analizar dos o m#s pares de electrolitos que poseen un catión o un anión en com
. Concusiones , ,
l acer las 'r#ficas el R2 cuando se ace que la tendencia sea a una cuadr#tica tiende a ser 1 muco m#s que cuando se ace que la tendencia sea lineal. medida que aumenta la concentración aumenta la conductividad.
, ,
, ,
La conductividad varia con la temperatura$ la naturaleza ! la concentración del soluto. l valor de la conductancia específica de una solución (0)$ no es una cantidad mu!
J. 9ibio:ra!)a Li"ros8 ,
Levine$
I.
Físicoquímica.
HUra?
4ill$
Hadrid$
*ta
ed.$
vol.
1$
2--@.
%#'inas ?e"8 ,
ttp8//aprendeenlinea.udea.edu.co/lms/moodle/mod/pa'e/vie?.ppVidC*@9JG
K. A&"ndice %LIIMS IMD>SILS D L MD>MI D LLIS pesar de la dificultad de interpretación teórica$ las mediciones de conductividad se utilizan ampliamente en mucas industrias. %or e&emplo$ las medidas de conductividad se utilizan para controlar la calidad de los suministros p<"licos de a'ua$ en ospitales$ en el a'ua de las calderas ! en las industrias que dependen de la calidad del a'ua$ tales como en las de ela"oración de la cerveza. ste tipo de medición no es específica de iones $ !a que a veces se puede utilizar para determinar la cantidad de sólidos totales disueltos (DS) si se conoce la composición de la solución ! su comportamiento de conductividad.1 veces$ las mediciones de conductividad est#n vinculadas con otros m;todos para aumentar la sensi"ilidad de la detección de determinados tipos de iones. %or e&emplo$ en la tecnolo'ía del a'ua de caldera$ la pur'a de caldera es continuamente supervisada la conductividad de cationes que es la conductividad del a'ua despu;s de a"er pasado a trav;s de una resina de intercam"io catiónico. ste es un m;todo mu! sensi"le para vi'ilar las impurezas aniónicas en el a'ua de la caldera$ en presencia de eceso de cationes (los del a'ente alcalinizante usualmente utilizado para el tratamiento de a'ua). La sensi"ilidad de este m;todo se "asa en la alta movilidad de 4A en comparación con la movilidad de otros cationes o aniones.
#edidas directas Las medidas conductim;tricas permiten realizar an#lisis de inter;s analítico$ am"iental$ etc. %or e&emplo$ mediante esta t;cnica se puede8 , Hedir contaminación de ríos ! corrientes , Determinar el contenido de sales en calderas
, Determinar el contenido salino residual de un efluente tratado , mplear como detector en t;cnicas cromato'r#ficas , Determinar concentraciones de #cidos en procesos industriales , mplear como detector del punto final de titulaciones. #edidas indirectas Si se analiza por e&emplo una titulación de una solución de 4l con una de Ma4 como titulante$ al 'raficar la conductancia en función del volumen de titulante a're'ado se o"tendr# una curva de este tipo8
Si "ien se espera que las curvas de titulación ten'an ramas rectas$ la forma final depender# en definitiva de la variación 'lo"al de la conductancia en toda la solución (recordemos que no se trata de una determinación selectiva)$ por lo tanto se de"e analizar lo que sucede con cada uno de los iones presentes. n el e&emplo anterior$ si se analiza lo que sucedería con cada ión individualmente se o"tendría la si'uiente variación8
Lo que es coerente con lo informado en la ta"la de conductividades iónicas$ !a que a medida que se a're'a titulante (Ma4) comienza a disminuir la concen,tración de 49A (que tiene alta condu,ctividad) ! aumenta la concentración de Ma A (de menor conductividad) por lo que el efecto neto ser# la disminución de la conductividad de la solución. Lue'o de alcanzado el punto equivalente comienza a tenerse un eceso de iones 4,$ nuevamente un ión con alta conductividad$ por lo que el efecto neto ser# aora un aumento de la conductancia. n las curvas anteriores se asume que se a realizado la correspondiente corrección por la dilución que ocurre a medida que se a're'a el titulante.
