1. RESUMEN

La práctica se llevó a cabo bajo las siguientes condiciones: una presión de 756 mmHg, una temperatura de 21 0C y un porcentaje de humedad del 95%.

El objetivo de la práctica fue determinar la conductividad de las soluciones acuosas de electrolitos fuertes (HCl) y electrolitos débiles (CH3COOH) y cuál era su relación con la concentración y temperatura.

Para esto primero se preparó la solución de KCl , y las distintas soluciones de los electrolitos tanto fuertes y débiles a distintas concentraciones bien diluidas . Se las tituló usando el NaOH para calcular la exacta concentración de estas soluciones .Para la medición de la conductividad se hizo uso del aparato de conductividad, en el que se sumergió cada solución diluida y se leyó la conductividad.

Se obtuvo la constante de ionización para el CH3COOH el valor de 1.975 x 10 -5 con un error de 12.8 % .Para la conductividad en una dilución infinita del HCl se obtuvo a partir de la gráfica y este nos dio 346 S / cm cuyo error fue de 6.53% .

Se pudo concluir que la conductividad en electrolitos fuertes es mayor que en los débiles y este se altera a su dilución solo en caso de los débiles aumenta con la dilución.

2. INTRODUCCIÓN

Las mediciones de conductividad se utilizan ampliamente en muchas industrias. Por ejemplo, las medidas de conductividad se utilizan para controlar la calidad de los suministros públicos de agua, en hospitales, en el agua de las calderas y en las industrias que dependen de la calidad del agua, tales como en las de elaboración de la cerveza. Este tipo de medición no es específica de iones, ya que a veces se puede utilizar para determinar la cantidad de sólidos totales disueltos (TDS) si se conoce la composición de la solución y su comportamiento de conductividad. (1)

Las determinaciones de la conductividad reciben el nombre de determinación conducto métricas. Estas determinaciones tienen una cantidad de aplicaciones.En primer lugar, la conductividad de las soluciones desempeña un importante papel en las aplicaciones industriales de la electrólisis, ya que el consumo de energía eléctrica en la electrólisis depende en gran medida de ella.

Las determinaciones de la conductividad se usan ampliamente en los estudios de laboratorios. Así, se las puede usar para determinar el contenido de sal de varias soluciones durante la evaporación del agua (por ejemplo en el agua de calderas o en la producción de leche condensada). Las basicidades de los ácidos pueden ser determinadas por mediciones de la conductividad.

El método conductimétrico puede usarse para determinar las solubilidades de electrólitos escasamente solubles y para hallar concentraciones de electrólitos en soluciones por titulación.

La base de las determinaciones de la solubilidad es que las soluciones saturadas de electrólitos escasamente solubles pueden ser consideradas como infinitamente diluidas. Midiendo la conductividad específica de semejante solución y calculando la conductividad equivalente según ella, se halla la concentración del electrolito, es decir, su solubilidad.

Un método práctico sumamente importante es el de la titulación conducto métrica, o sea la determinación de la concentración de un electrolito en solución por la medición de su conductividad durante la titulación. Este método resulta especialmente valioso para las soluciones turbias o fuertemente coloreadas que con frecuencia no pueden ser tituladas con el empleo de indicadores. (2)

3. PRINCIPIOS TEÓRICOS

CONDUCTANCIA ELÉCTRICA

La conductancia eléctrica puede clasificarse según los siguientes tipos:

Conductancia Metálica, la cual es el resultado de la movilidad de los electrones. Los conductores metálicos se debilitan a temperaturas elevadas ya que es más difícil para los electrones atravesar la estructura cristalina cuando los elementos que forman la estructura están en un movimiento térmico más activo.

Conductancia Electrolítica, la cual es el producto de la movilidad de los iones. Los conductores electrolíticos se vuelven mejores conductores al elevarse la temperatura, ya que los iones pueden moverse a través de la solución más rápidamente a temperaturas más elevadas cuando la viscosidad es menor y hay menos solvatación de los iones.

Semiconductores, son los sólidos que contienen iones junto con vacíos iónicos, los cuales se mueven bajo la influencia de un campo. Los vacíos iónicos, en la estructura cristalina, se llaman huecos. Cuando se llena un hueco con un ion, se crea otro hueco en otra posición, y de este modo, el hueco se mueve y contribuye a la conductividad del sólido. Los semiconductores se vuelven mejores conductores a temperaturas más altas, en donde más cantidad de iones tienen la energía de activación necesaria para moverse a otra posición dentro de la estructura. La conductancia de los semiconductores aumenta exponencialmente con la temperatura absoluta.

Conductancia eléctrica en los gases, por medio de iones gaseosos y electrones.

La resistencia R de un conductor uniforme es directamente proporcional a su longitud l e inversamente proporcional a la superficie de su sección A.

R= rlA y

r=RAl

La constante de proporcionalidad r, se define como resistencia específica, y es la resistencia que opondría un cubo del material, que midiera un centímetro por lado.En la proximidad del cero absoluto, la resistencia de los metales se vuelve extremadamente baja. Al tratar con soluciones de electrolitos, se suele emplear la conductancia específica k, es decir, el valor recíproco de la resistencia específica. De este modo:

k=1r= lRA

CONDUCTANCIA EQUIVALENTE. (3)

Para poder representar la conductancia del peso equivalente de un electrolito es conveniente introducir el término conductancia equivalente.La conductancia equivalente л, se obtiene multiplicando la conductancia específica k por el volumen V en mililitros, que contenga un equivalente – gramo del soluto, es decir, por 1000/C, donde C es el número de equivalentes – gramo por litro.

Λ = V k =1000 kC

Como 1000/C tiene las unidades de cm3 equiv-1 y k tiene las unidades de ohmio-1cm -1, la conductancia equivalente tiene las unidades de cm2 equiv-1 ohmio-1.

El significado de la conductancia equivalente puede captarse, imaginando una celda de 1cm cuadrado y de una altura indefinida. Dos de las paredes opuestas son de metal y actúan como electrodos. Cuando se llena la celda a una altura de 1cm, el valor recíproco de la resistencia es la conductividad específica. Cuando se llena la celda con un volumen V determinado, de solución que contenga 1 equivalente-gramo de un electrolito disuelto, la solución alcanzará una altura de V centímetros en la celda, y el valor reciproco de la resistencia medida será la conductancia equivalente.

IONIZACIÓN DE LOS ELECTROLITOS DÉBILES (4)

Arrhenius sugirió que el grado de disociación de un electrolito débil, como el ácido acético, podría calcularse basándose en la conductancia ya medida del electrolito y en la conductancia equivalente a dilución infinita. Si el cambio en la conductancia de los iones a causa de la concentración, se considera despreciable y se supone que la única influencia de la dilución sobre la conductancia equivalente de un electrolito débil consiste en el aumento de la disociación de los iones. El electrolito no disociado, no tiene conductancia porque no está cargado. Si en la solución se tiene 1 equivalente de electrolito, habrá α equivalentes de cada ion.

α= ΛΛ0

Aunque esta ecuación es satisfactoria para los electrolitos débiles, no puede aplicarse a los electrolitos fuertes en los cuales la disociación es prácticamente completa. El cambio en la conductancia equivalente de los electrolitos fuertes causada por la concentración, se debe a un cambio en la velocidad de los iones.El equilibrio o la constante de ionización K se obtiene por la ecuación:

K=(cα ) (cα )c (c−α )

= α2c1−α

La constante de ionización calculada de esta manera, no es independiente de la concentración, lo cual se debe a que se han suprimido los coeficientes de actividad así como la relación entre la conductancia iónica y la concentración.

4. DETALLES EXPERIMENTALES

4.1 MATERIALES

Materiales de vidrio

Erlenmeyers de 250 mL. Pipetas Fiolas Bureta Probeta Vasos Bagueta

4.2 REACTIVOS

Soluciones: NaOH 0.1 N HCl 0.05 N Solución estándar de H17030

Reactivos sólidos: KCl Biftalato de potasio

Indicadores: Fenoftaleína

4.3 EQUIPOS

Conductímetro: El conductímetro mide la conductividad eléctrica de los iones en una disolución

4.4 PROCEDIMIENTO

5. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES

CONDUCTIVIDAD DE SOLUCIONES ESLECTROLÍTICAS

Preparación de soluciones

100 mL de solución 0.01 M de KCl

250 mL de soluciones 0.01 N, 0.002 N y 0.00064 N de

CH3COOH y HCl a partir de soluciones de 0.05 N de cada

una respectivamente

Titular

Calibrar el aparato

Verter H17030 en una probeta

Lavar el electrodo con agua destilada y secar; sumergirlo en

la solución junto a un termómetro. Encender.

Ajustar el valor de la temperatura y la conductividad con la pauteada en la tabla del

frasco.

Lectura de la conductividad de soluciones

Colocar KCl en una probeta, medir la

temperatura, encender y ajustar el valor de la

conductividad

Repetir lo anterior con HCl y HAc y también con las

soluciones diluidas, medir la conductividad en un rango

apropiado.

5.1 TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES TABLA N°1: CONDICIONES EXPERIMENTALES DE LABORATORIO

PRESION 756 mmHgTEMPERATURA 21 °CHUMEDAD RELATIVA 95

TABLA N°2: DATOS EXPERIMENTALES

A. PREPARACION SOLUCION KCl

Masa KCl (g) 0.0591Volumen KCl 0.01 M 100 ml

B. VALORACION DE NaOH

Masa BHK (g) 0.0119Volumen NaOH (gastado) ml 5.3N NaOH 0.01099

C. VALORACION DE CH3COOH

V CH3COOH ml 2Volumen NaOH (gastado) ml 11.5N CH3COOH 0.0632

D. SOLUCIONES DILUIDAS DE CH3COOH

Normalidad soluciones diluidas

Volumen alícuota (ml)

V gastado de NaOH (ml)

N corregida Conductividad ( us)

0.01 5 ml 4 0.0088 1430.002 10ml 1.9 0.0021 710.00064 20ml 1.4 0.00076 64

E. SOLUCIONES DILUIDAS HCl

Normalidad soluciones diluidas

Volumen alícuota (ml)

V gastado de NaOH (ml)

N corregida Conductividad

0.01 5 ml 5.2 0.00114 (ms)0.002 15ml 3.6 0.00264 904 (us)0.00064 40ml 2.9 0.000797 284(us)

F. FACTOR DE CORRELACION

Temperatura 25 °C Medida de KCl 1125 (us)Medida Estándar 1413(us) Factor de correlación 0.796

5.2 TABLA DE DATOS TEORICOS

HCl CH3COOHKI 1.75 x 10 -5 ………..

dilución infinita …………… 370.19 S/cm

(3)

5.3 TABLA DE CÁLCULOS

Tabla Nº 1: CONDUCTIVIDAD DE LAS SOLUCIONES OBTENIDA CON EL CONDUCTÍMETRO.

SoluciónNormalidad

corregida(N)

K (uS/cm) (S*cm-1eq-1)

CH3COOH (0.05N) 0.0632 139.3 2.20CH3COOH (0.01N) 0.0088 113.828 12.94

CH3COOH (0.002N) 0.0021 56.516 26.91CH3COOH (0.00064N) 0.00076 50.944 67.03

HCl (0.05N) 0.05 10.82103 216.4HCl (0.01N) 0.0114 3.98x103 349.12

HCl (0.002N) 0.00264 719.584 272.57HCl (0.00064N) 0.000797 226.064 283.64

Tabla N0 2: DATOS PARA REALIZAR LAS GRÁFICAS VS √N PARA EL HCL A 25º C.

Solución (S. cm-1eq-1)√N

HCl(0.0493N) 309.5 0.222HCl(0.0114N) 349.12 0.1068

HCl(0.00264N) 272.57 0.0512HCl(0.000797N) 283.64 0.0282

Tabla N0 3: DATOS PARA REALIZAR LAS GRÁFICAS VS √N PARA EL CH3COOH A 25º C.

Solución (S. cm-1eq-1)√N

CH3COOH (0.0632N) 2.20 0.2514CH3COOH (0.0088N) 12.94 0.0938CH3COOH (0.0021N) 26.91 0.0458

CH3COOH (0.00076N) 67.03 0.0276

5.4 TABLA DE RESULTADOS

Tabla N ° 1: CONDUCTIVIDAD LÍMITE ∞.

∞ del HAc (por contribución a 25° C)

∞ del HCl (por gráfica a 25° C)

132 S/cm.eq 346 S/cm.eq

Tabla N° 2: GRADO DE DISOCIACIÓN Y KI PARA LA SOLUCIÓN DE CH3COOH.

Solución (normalidades corregidas)

Grado de disociación ()

Ki experimental

x 10-5

CH3COOH (0.0632N) 0.0167 1.79

CH3COOH (0.0088N) 0.098 1.03

CH3COOH (0.0021N) 0.2039 2.10

CH3COOH (0.00076N) 0.5078 2.98

Ki promedio = 1.975x 10-5

Tabla Nº 4: PORCENTAJE DE ERROR PARA EL KI DEL HAC.

Ki Teórico (*) Ki Experimental %Error

1.75x10-5 1.975 x 10-5 12.8 %

Tabla Nº 5: PORCENTAJE DE ERROR DEL Φ DEL HCL.

Φ Teórico (*) Φ Experimental %Error

370.19 346 6.53 %

6. CÁLCULOS

A) Obtenga la constante de celda a partir de las medidas para el KCl 0.01N. Se sabe que :

K=L( lA)

Donde:

K: conductividad específica.L: conductividad eléctrica.d/A: constante de celda.

A 25 °C La conductividad KCl =1125 us /cm Conductividad eléctrica del conductímetro (instrumento) = 1413 us

Reemplazando en la ecuación:KL= lA=1125

1413

lA=0.796cm−1

B) Determine las concentraciones exactas de las soluciones y diluciones.

*Valoración del NaOH

¿eq−g NaOH=¿eq−g BHK

N NaOH x V NaOH gastado=masa BHKPeq BHK

Datos : V NaOH gastado :5.3 ml Masa BHK : 0.0119 g Peq BHK :204.22 g/mol

Reemplazando:

N NaOH=0.0119

204.22x 5.3x 10−3=0.01099N

* Valoración del CH3COOH (0.05, 0.01, 0.002 y 0.00064 N)

Para 0.05 N

Datos : V NaOH gastado :11.5 ml Volumen alícuota de CH3COOH : 2ml N NaOH : 0.01099 N

¿eq−g NaOH=¿eq−gC H 3COOH

N NaOH x V NaOH gastado=N CH 3COOHx V CH 3COOH alicuota

NC H3COOH=0.0119 x11.5ml

2ml=0.0632N

N C H 3COOH corregida=0.0632

* Valoración de las soluciones de HCl (0.05, 0.01, 0.002 y 0.00064) Para 0.01 N

Datos : V NaOH gastado :5.2ml Volumen alícuota de HCL : 5ml N NaOH : 0.01099 N

¿eq−g NaOH=¿eq−g HCl

N NaOH x V NaOH gastado=N HCl xV HClalicuota

N HCl=0.0119 x 5.2ml

5ml=0.0114 N

N HCl corregida=0.0114 N

C) Cálculo de la conductividad específica (k) de todas las soluciones, para ellas calcule también la conductividad equivalente ( ).

Para CH3COOH 0.0088N:

K=L( lA)

k = 143uS x 0.796 cm-1

k especifica = 113.828uS x cm-1

Como se tiene k y también la normalidad se puede hallar la conductividad equivalente ( ) mediante la siguiente ecuación:

¿k x ( 1000N

)

= (113.828uS X 1000) / 0.0088 = 12.935 S/cm x eq

D) Grafique vs. √N para el HCly CH3COOH

Para esta gráfica (ver apéndice) se tiene en el eje de las abscisas la raíz de la normalidad corregida y en el eje de las ordenadas a la conductividad equivalente para cada solución (los datos en tabla N ° 7).

E) Calcule la conductividad límite y la constante de ionización del ácido acético y la conductividad límite del HCl de los gráficos adecuados.

La conductividad límite para el CH3COOH : 132 S / cm eq

La conductividad límite para el HCl : 346 S / cm eq

Para hallar el grado de disociación se hace uso de la siguiente fórmula:

α= ΛΛ∞

En este caso el cálculo se va a realizar para el ácido acético a 0.0632N.

α=2.20132

α=0.0167

Con este “α“se halla la constante de ionización con la siguiente fórmula:

Ki CH3COOH = 2 x N (1 - )

Reemplazando, se tiene:

KiC H 3COOH=0.01672 x0.06321−0.0167❑

Ki CH3COOH = 1.975 x 10-5

F) Calculando el porcentaje de error:

% Error (Ki CH3COOH)= Ki HAc (teórico) - Ki HAC (exp.) x 100Ki HAC (teórico)

% Error (Ki CH3COOH)= 1.75 x 10 -5 – 1.975 x 10 -5 x 1001.75 x 10-5

% Error (Ki CH3COOH) = 12.8%

7. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

El porcentaje de error obtenido en el cálculo de la Ki del HAc, que es de 12.8% y de la conductividad infinita del HCl que fue de 6.53% puede ser debido a un error en la preparación de la solución de KCl 0.01N, con esto, todos los cálculos se verían afectados, pues a partir de la lectura obtenida de la conductividad de ésta solución se obtuvo la constante de celda, que será utilizada para hallar las conductividades específicas de cada solución.

La gráfica 1 conductividad especifica versus raíz cuadrada concentración del CH3COOH, mostró que su conductividad fue baja pero a medida que disminuía la concentración, a medida que era más diluida la solución esta presento un gran cambio en su conductividad . Al proyectar la curva con el eje y, pudimos calcular la conductividad equivalente a dilución infinita este nos dio 132 S / cm eq .

La gráfica 2 conductividad especifica versus la raíz cuadrada de concentración para el HCl , se pudo observar que a comparación que la gráfica anterior esta presentaba valores de conductividad mucho más altos pero el cambio que hay en este a medida que disminuye la concentración no es pronunciado solo existe una ligera variación. La grafica debe asemejarse a una recta pero debido a unos errores en las soluciones y en las medidas de la conductividad, tiene casi la forma de una ligera curva la cual proyectamos para el cálculo de la conductividad equivalente a dilución infinita.

Los errores que se pudieron realizar fueron al momentos de medir las soluciones durante su preparación y titulación, si no se usó el adecuado material como las pipetas volumétricas este ocasiona una variación en las concentraciones de las soluciones a preparar .

8. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

En los electrolitos débiles, la conductividad equivalente aumenta considerablemente con la dilución esto se debe a que el soluto se disocia cada vez más a mayor dilución, dando un aumento considerable en el número total de iones, que son los transportadores de la corriente.

En los electrolitos fuertes, la conductividad equivalente experimenta un leve aumento con la dilución debido a que los iones se mueven más rápido cuando están más separados y no son retenidos por iones de carga opuesta. El número total de iones que transporta la corriente sigue siendo prácticamente el mismo.

La conductividad equivalente y la conductividad equivalente límite de un electrolito son directamente proporcional a la temperatura y a la concentración de la solución.

Es importante la conductancia equivalente, para determinar si un electrolito es fuerte o débil.

La temperatura influye mucho en la conductividad eléctrica, ya que si se produce un sobrecalentamiento, el valor puede cambiar mucho en las disoluciones.

RECOMENDACIONES

Se recomienda que la valoración del NaOH con el Biftalato de Potasio sea lo más exacta posible, ya que con estos valores buscarán las normalidades corregidas de las soluciones de HCl y Hac.

Con respecto a la medición de la conductividad esta se debe hacer con cuidado y observando detenidamente que en la celda no haya burbujas de aire puesto que la conductividad del aire afecta la medición que se desea hacer.

9. BIBLIOGRAFÍA

Apuntes científicos: Conductividad (1)[http://apuntescientificos.org/pH-reguladoras.html]

Conductividad electrolítica, aplicaciones. (2)[http://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_(electrol%C3%ADtica)]

Conductividad y constante de ionización (3)

http://www.monografias.com/trabajos7/condu/condu.shtml

Conductancia equivalente (4)[http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/conductancia-equivalente].

Gennaro R. Alfonso (5)Remington: FarmaciaEd. Médica Panamericana, edición 20ºPáginas 287,268.

10. APÉNDICE

10.1 CUESTIONARIO

1.- Explique sobre cada uno de los factores que influyen en la conductancia de una solución.

Los factores que influyen en la conductancia de una solución son los siguientes:La concentración, la temperatura, presión y constante dieléctrico del medio.Tanto la conductancia específica como la equivalente de una solución varia con la concentración, para electrolitos fuertes a concentraciones de varios equivalentes por litro, la conductancia específica aumenta marcadamente con el incremento de la concentración. En contraste, las conductancias específicas de los electrolitos débiles comienzan con valores más bajos en soluciones diluidas y se incrementan mucho más gradualmente. De manera contraria lo que sucede con la conductancia específica, la equivalente de los electrolitos fuertes y débiles aumenta con la dilución. La razón de todo esto es que el decremento en la conductancia especifica es mayor que el compensado por el incremento en el valor de 1/ C por dilución por lo tanto, A asciende.

La conductancia equivalente a dilución infinita aumenta al elevarse la temperatura. Esta variación puede expresarse por A(t) = Aº ( 1 + B(t-25)) ; donde A(t) y A(25) son los valores a T y 25ªC respectivamente y B es una constante para cada electrolito, para sales es aproximadamente 0.019 a 0.021 ; para ácidos y bases son aproximadamente 0.016 y 0.018 respectivamente.

La conductividad de una disolución varía ligeramente con la presión, debido al efecto principal que es la variación de la viscosidad del medio y a la consiguiente alteración en la velocidad y por tanto en la conductividad de los iones. La constante dieléctrica del medio es un factor del cual depende la conductancia observada en los solventes no acuosos por ello cuando la conductancia de un solvente disminuye, la conductancia de un electrolito decrece también.

2.- Explique la influencia del movimiento de iones de una disolución sobre la conductividad.

A dilución infinita todos los iones que se pueden derivar de un electrolito toman parte en la conducción de la corriente por tanto, diluciones que contengan una equiv. De electrolitos diferentes poseerán, en estas condiciones, números equivalentes de iones, es decir la carga total transportada por cada Ion será la misma para todas las disoluciones. La cantidad de electricidad que puede pasar a través de un electrolito y por tanto su conductividad, depende del producto del número de iones, la carga que lleva cada ion y la velocidad con que se mueven los iones.

3.- Explique qué tipo de corriente (C.A o C.C) se utiliza en la determinación de la conductancia.

El tipo de corrientes irregulares obtenidos que se utilizan para la determinación de la conductancia es la corriente alterna, los resultados irregulares obtenidos en las primeras medidas de conductividad de disoluciones eran debido al empleo de corriente continua. Los gases liberados en los electrodos no solo aumentan la resistencia sino que promueven una fuerza contra electromotriz de polarización que se opone al paso de la corriente. El método más satisfactorio para eliminar la polarización consiste en emplear una corriente alterna de frecuencia elevada y de baja intensidad.