FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMASESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL

ASIGNATURA : FISICO QUMICATEMA : CONDUCTIMETRAPRESENTADO POR : TORRES VARGAS JAROL PAOLOPROFESOR : CAMASI PARIONA, OSVALDOCDIGO : 1025110164

Callao, 17 de noviembre del 2012CALLAO-PER

INTRODUCCIN

La determinacin conductimtrica es una tcnica ampliamente difundida para las determinaciones de control de calidad. Estas determinaciones sencillas, econmicas y tienen una serie de aplicaciones. En primer lugar est el control de la calidad del agua, ya sea potable o de uso industrial, seguido por la determinacin de la conductividad de las soluciones en aplicaciones industriales tales como en las electrlisis; ya que el consumo de energa elctrica durante la electrlisis depende en gran medida de ella. Asimismo, las determinaciones conductimtricas se usan ampliamente en los laboratorios de anlisis ; por ejemplo, para determinar el contenido de salino de soluciones durante la evaporacin de agua en calderas, la determinacin de las solubilidades de electrlitos y sus concentraciones, y las constantes de los cidos y bases.Algunas determinaciones son del tipo indirecto, tales como la determinacin de CO2 en agua expuesta a atmsferas cargadas del gas [1] y la determinacin de SO2 atmosfrico absorbido en soluciones de perxido de hidrgeno.Un mtodo prctico muy importante es la titulacin conductimtrica, es decir, la determinacin de la concentracin de un electrolito en solucin, sea este fuerte o dbil, por medio de la medicin de su conductividad durante la titulacin. Este mtodo resulta especialmente valioso para este propsito cuando las soluciones son turbias o fuertemente coloreadas y que con frecuencia no pueden ser tituladas con el empleo de indicadores. Las aplicaciones prcticas de estas medidas pueden ser agrupadas en tres tipos: a) anlisis directo, b) seguimiento de la composicin de flujos y c) valoraciones conductimtricas.Este es ltimo es un mtodo prctico sumamente importante y resulta especialmente valioso para las soluciones turbias o fuertemente coloreadas que con frecuencia no pueden ser tituladas con el empleo de indicadores.

OBJETIVOS

Determinacin de la conductividad especfica y conductividad equivalente de soluciones. Determinacin del grado de disociacin y la constante de equilibrio de cidos dbiles por mediciones de conductimetra.

CONDUCTIMETRAUno de los problemas tericos fundamentales en electroqumica es explicar cmo las soluciones de electrolitos conducen la corriente elctrica.Se sabe que los conductores metlicos obedecen la ley de Ohm:

(1)

Donde: I: Es la intensidad de corriente (amperios)E: la fuerza electromotriz o diferencia de potencial elctrico (voltios)R: constante de proporcionalidad, llamada resistencia (ohmios)y la resistencia R, depende de las dimensiones del conductor:

(2)

Donde: l: longitud A: rea de la seccin transversal: resistencia especfica o resistividad

Las soluciones electrolticas cumplen la ley de Ohm, que los conductores metlicos.El reciproco de la Ec. (2), viene ser:

Donde: : Conductancia (mhos o ohms-1): Conductancia especfica o conductividad (Ls) mhos cm-1 o ohmc-1 cm-1A: rea de los electrodos planos paralelos (cm2)l: distancia entre electrodos (cm) o sea:

(3)

CONDUCTANCIA

Facilidad que tienen las soluciones electrolticas de dejar pasar la corriente elctrica.

CONDUCTANCIA ESPECFICAEs la facilidad con que una columna de 1cm de altura y 1cm2 de seccin transversal, de solucin electroltica deja pasar la corriente.La conduccin elctrica en las soluciones depende de la concentracin de los iones y tambin de la naturaleza de estos (segn su carga y movilidad) y la conductancia como funcin de la concertacin vara segn la condicin fuerte o dbil de los electrolitos.Los conductores electrolticos se vuelven mejores conductores al elevarse la temperatura, ya que los iones pueden moverse a travs de la solucin ms rpidamente a temperaturas ms elevadas cuando la viscosidad es menor y hay menos solvatacin de los iones.

CONDUCTANCIA EQUIVALENTE ()Es la conductancia real de un volumen de solucin que contiene un peso equivalente del soluto entre electrodos paralelos con un cm. de separacin y un campo elctrico uniforme entre ellos. Si llamamos V al volumen en cm3, de solucin que contiene 1 peso equivalente de soluto

(4)

Si la solucin mantiene una normalidad N

(5)

Sustituyendo en la Ec. (4):

(6)

CONSTANTE DE CELDA (K)Las celdas de conductancia usuales no satisfacen los requerimientos para la determinacin directa de la conductancia especfica, pero es posible determinar el valor de una constante y factor caracterstico K, denominado constante de celda, tal que:

Donde:

Osea que:(7)

ECUACION DE KOHLRAUSCHSobre las bases de sus conductividades, podemos distinguir dos clases de electrolitos:1) Electrolitos fuertesTales como los cidos: clorhdrico, ntrico y sulfrico y sus sales que tienen conductividad equivalente alta, la cual aumenta moderadamente con el aumento de dilucin.2) Electrolitos dbilesTales como el cido actico y otros cidos orgnicos y amoniaco acuoso tienen conductividades equivalentes muy bajas a altas concentraciones, pero estas aumentan grandemente con el incremento de dilucin.

De acuerdo a este comportamiento al graficar, , solamente es posible la extrapolacin para el caso de los electrolitos fuertes, obtenindose la ecuacin lineal.Ec. de KohlrauschEn donde: : ordenada en el origen (constante): pendiente de la rectaEs definida como la conductancia equivalente a dilucin infinita y es el valor de extrapolado a concertacin cero. (8)

En donde: : ordenada en el origen (constante): Pendiente de la rectaEs definida como la conductancia equivalente a dilucin infinita y es el valor de extrapolado a concertacin cero.LEY DE KOHLRAUSCHLa conductancia equivalente a dilucin infinita del electrolito es la suma de dos trminos independientes, uno caracterstico del catin y el otro del anin. As:

(9)

En donde: : Conductancia equivalente a dilucin infinita del catin: Conductancia equivalente a dilucin infinita del aninLa ley de Kohlrausch es til para determinar la conductancia equivalente a dilucin infinita, de un electrolito dbil, ya que en este caso la conductancia equivalente a dilucin infinita no puede determinarse por extrapolacin directa.

Ecuacin de OnsagerPartiendo de la teora de Deybe Huckel, acerca de las soluciones electrolticas, Onsager dedujo una ecuacin similar a la de Kohlrausch aplicable a soluciones diluidas, que poseen concentraciones menores a 0.02M, y es de la forma:

(10)

Donde: y : son constantes que dependen Temperatura absoluta de la solucin Carga de los iones Carga elctrica Constante dielctrica del solvente

: Depende de los faraday de carga Viscosidad

: Depende de las conductancias inicas equivalentes a disolucin infinitaEsta ecuacin expresa acertadamente la pendiente lmite correcta en un grfico de vs .TEORA DE ARRHENIUS:Arrhenius opin que el grado de disociacin de un electrolito dbil, tal como el cido acpetico puede determinarse de acuerdo a la siguiente ecuacin:(11)

Siendo el electrolito dbil AB, este se disocia segn la ecuacin:

AB (I)

En la ecuacin (11): : grado de disociacin (ionizacin) : conductancia equivalente a dilucin infinita (todo el electrolito se halla disociado ) : conductancia equivalente del electrolito dbil La ecuacin (11) es satisfactoria para electrolitos dbiles y no puede aplicarse a los electrolitos fuertes en los cuales la disociacin es prcticamente total.CONSTANTE DE EQUILIBRIO:De un electrolito dbil. El electrolito dbil se disocia segn la ecuacin: (i) Inicialmente:C : concentracin de AB : grado de disociacin por mol ABEn el equilibrio (despus de la disociacin)AB : C - : :

La constante de equilibrio para la ecuacin (I)

(II)

sustituyendo en la ecuacin (II), las concentraciones de las sustancias en equilibrio:

(12)

EQUIPOS Y MATERIALES Conductmetro modelo Celda de conductividad Termostato Pinzas y soportes Fiola de 100 ml. Cinco fiolas de 250 ml Una bureta de 10 ml Tubo especial para maestros.

REACTIVOS Solucin 0.01M de KCl Solucin 0.1M de HCl Solucin 0.1M de CH3COOH Solucin 0.1M de NaCl Solucin 0.1M de CH3COOHNa

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALEste seguro que el conductmetro este en su correcto selecto de voltaje (220V) y conctelo a la lnea de fuerza. Poner el switch en la posicin de encendido ON y dejar que el instrumento se caliente, mnimo por 30 minutos. Seguidamente note la celda de conductividad y conecte. Colocar el switch de medida calibrado en la posicin de calibrado y normalizar el conductmetro y normalizar el conductmetro con agua de conductividad. Agua conductividadEl agua destilada de uso comn no sirve para este experimento por que tiene elevada conductancia producida por el CO2 disuelto procedente del aire. Este C02 se elimina hirviendo el agua destilada y colocndola, mientras esta muy caliente, en un frasco, que es lleno totalmente y se tapa con un capuchn. Tambin puede utilizarse agua destilada pasado por una resina de intercambio inico para desionizarla.Luego se procede a medir las conductancias con sumo cuidado y precaucin, calibrando para cada medicin, habindose colocado antes el switch de medida calibrado en la posicin de medida (Importante: iniciar la medicin por el valor ms alto de conductancia).SOLUCIONES:

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS FISICOQUIMICA ESCUELA PROFECIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL

INFORME DE LABORATORO N 5 CONDUCTIMETRAINFORME DE LABORATORIO N5 CONDUCTIMETRA1) -0.01M KCl2) -0.1M HCl3) -0.01M HCl4) -0.001M HCl5) -0.1M CH3COOCH6) 0.01M CH3COOCH7) -0.001M CH3COOCH8) -0.1M NaCl9) -0.01M NaCl10) -0.001M NaCl11) -0.1M NaAc12) -0.01M NaAc13) -0.001 NaAc

PROCEDIMIENTO DE DILUCIN:Se lava la fiola de 100 ml y la bureta de 10 ml y se enjuagan con agua de conductividad. Se enjuaga la fiola y la bureta con dos o tres pequeas porciones de la solucin madre. Se toman 10 ml de la solucin madre a 100 ml con agua de conductividad y se mezcla bien, de esta forma se tiene una solucin 0.1 (solucin madre). Las operaciones descritas se repiten para obtener las diluciones necesarias, lo que ha de hacerse con todo cuidado porque los errores de dilucin se acumulan.Nota: Antes de cada medicin enjuagar la celda de conductividad con una porcin de la solucin, cuya conductancia se va a determinar.Cuando ni use la celda de conductividad, debe ser guardada en agua destilada limpia. Si se ha de guardada en agua destilada limpia. Si se ha de guardar por largo tiempo , es conveniente guardarlo seco, despus de enjuagarlo con sumo cuidado con agua destilada.

CLCULOS Y RESULTADOS(1) Clculo de la constante de celda (K)

(2) Conductancia de las soluciones (L)CONCENTRACION[ ]CONDUCTANCIA

KCl(milmhos)HCl (milimhos)NH4Cl (milimhos)CH3COOH (micromhos)

0.1 M9.1536.19.187

0.01 M1.3211.81.3784.5

0.001 M0.211.750.2378

Ls KClLs HClLs Ls

0.0097946590.038791090.00977836350.0934854934.84

0.0014129990.0126796360.00147212720.090799099079.909

0.00022479540.0088045450.00089187270.08381454583814.545

HCl AcKc

387.91090.316227

1267.96390.1

1880.45450.0316227

(3) Conductancia especifica ()

KCl (0.1 M)

KCl (0.01 M)

KCl (0.001 M)

HCl (0.1 M)

HCl (0.01 M)

HCl (0.001 M)

NH4Cl (0.1 M)

NH4Cl (0.01 M)

NH4Cl (0.001 M)

CH3COOH (0.1 M)

CH3COOH (0.01 M)

CH3COOH (0.001 M)

(4) Conductancias equivalentes ()

HCl (0.1 M)

HCl (0.01 M)

HCl (0.001 M)

CH3COOH (0.1 M)

CH3COOH (0.01 M)

CH3COOH (0.001 M)

(5) Grafica vs ANEXO

(6) Calculo de la conductancia equivalente a dilucin infinita () de HCl y KCl

: del grafico

Extrapolando

KCl :

(7) Grado de disociacin del acido actico ()

CH3COOH (0.1 M)

CH3COOH (0.01 M)

CH3COOH (0.001 M)

(8) Calculo de Kc para el acido actico

CH3COOH (0.1 M)

CH3COOH (0.01 M)

CH3COOH (0.001 M)

(9) Ecuacin de Kohlrausch

KCl :

(10) Ecuacion de Onsager para el acido actico

CH3COOH (0.1 M)

CH3COOH (0.01 M)

CH3COOH (0.001 M)

CONCLUSIONES

La conductividad en los electrlitos fuertes como el HCl es mucho mayor que la conductividad de los electrlitos dbiles como el cido actico. La conductancia equivalente, en la cual se considera (N=M), nos permitir poder hallar la conductancia equivalente a dilucin infinita ya sea a travs de extrapolacin, por medio grafico para electrolitos fuertes o utilizando la ecuacin de Kohlrausch para los electrolitos dbiles. El grado de disociacin planteado por Arrhenius, es aplicable para electrolitos dbiles, ya que para los electrolitos fuertes su disociacin es prcticamente total. La constante de equilibrio de un electrolito dbil que se va a disociar, es la razn de la concentracin que se va a producir y la concentracin disociada.

En la ecuacin de Onsager, aplicable a soluciones diluidas, que poseen concentraciones menores a 0.02M, interviene la expresin , la cual es una constante que depende de las conductancias inicas equivalentes a dilucin infinita.

RECOMENDACIONES Recomendamos tener a la mano Tablas de conductancia de las soluciones para facilitar la determinacin de la constante de celda.

Manejar los cambios de unidades para el buen resultado de nuestro laboratorio.

Un factor muy importante es la correcta preparacin de la disolucin para obtener buenos resultados.

Se recomienda tener los conceptos y formulas respectivas a la mano para poder realizar este laboratorio con total confianza.

Uso adecuado de los materiales de laboratorio.

BIBLIOGRAFIA

1. MOORE, Walter J. Physical Chemistry fourth edition, Longmans Geen and Co. Ltd. London, 1962, p.323.2. Castellan, Gilbert W. Pshysical Chemistry (first edition). Aderson Wesley Publishing Company, Inc.Tokyo, 1964, p.584.3. Shoemaker, David P, Garland, Carld W., Experimentos de Fisico-Quimica la ed.en espaol, Union Tipografica ed. Hispano-americana. Mexico, 1968, p.253.

ANEXOFriedrich KohlrauschFsico alemn, nacido en Rinteln y fallecido en Marburgo. Ense en diversas universidades suizas y alemanas y en 1895 fue nombrado presidente de la Physikalischtechnische Reichsanstalt, de Berln. Estudi los problemas de la conductividad en los electrlitos y enunci una ley que establece la independencia de la movilidad de los iones respecto a la naturaleza de los de signo contrario. Se conoce con su nombre un tipo de puente que l ide para la determinacin de las resistividades electrolticas.Lars Onsager (Oslo, 1903 - Miami, 1976) Qumico noruego galardonado con el Premio Nobel en 1968. Tras licenciarse por la Universidad Tcnica de Trondhein en 1925 y doctorarse en la Universidad de Zrich, se traslad a Estados Unidos, donde ejerci la docencia en prestigiosas universidades, recabando en 1933 en la Universidad de Yale.En 1968 recibi el Premio Nobel de Qumica por su teora sobre las transformaciones termodinmicas en procesos irreversibles. La termodinmica clsica estudiaba slo los sistemas aislados, en equilibrio; sin embargo, los sistemas reales ni se encuentran aislados, ni estn en equilibrio.Su principal contribucin fue la formulacin de una expresin matemtica general para explicar el comportamiento de procesos irreversibles, que se ha llegado a considerar como lacuarta ley de la termodinmica, respecto de la cual dedujo las relaciones que llevan su nombre. Sus trabajos sobre los sistemas alejados del equilibrio pasaron en su tiempo casi inadvertidos, pero luego fueron reconocidos con la concesin del premio Nobel.