1

CONDUCTIVIDAD ELECTROLTICA Y SUS APLICACIONES

I. INTRODUCCION El objetivo de esta prctica es la determinacin de la constante de disociacin del cido actico utilizando la ley de dilucin de Ostwald, y para conseguirlo comenzaremos con la exposicin de unos conceptos tericos previos. Generalmente, el flujo de electricidad a travs de un conductor es debido a un transporte de electrones entre dos electrodos cuando se aplica una diferencia de potencial entre ellos. Segn la forma de llevarse a cabo este transporte, los conductores elctricos pueden ser de dos tipos: conductores metlicos (o electrnicos) y conductores inicos (o electrolticos). A este segundo tipo pertenecen las disoluciones acuosas. En ellas, la conduccin de electricidad al aplicar un campo elctrico se debe al movimiento de los iones en disolucin. La conductividad elctrica de una disolucin, puede definirse como la aptitud de sta para transmitir la corriente elctrica, y depender adems del voltaje aplicado, del tipo, nmero, carga y movilidad de los iones presentes y de la viscosidad del medio. Puesto que la viscosidad disminuye con el aumento de la temperatura, la facilidad para el transporte inico, es decir, la conductividad aumentar a medida que se eleva la temperatura. La conductividad se puede determinar mediante la expresin:

G: Conductancia (Siemens = S), R: Resistencia elctrica (Ohmio = S-1) l: separacin entre los electrodos (m), A: rea de los electrodos (m2), y la conductividad que en el S.I. viene dada en Sm-1. II. MEDIDA DE LA CONDUCTIVIDAD EN DISOLUCIONES ELECTROLTICAS

Las medidas de conductividad elctrica se realizan en un conductmetro que es un equipo similar al utilizado para medir resistencias elctricas. El puente de Wheatstone es el ms comn y consiste bsicamente en un circuito con tres resistencias conocidas (una de ellas variable) y una desconocida cuyo valor se puede encontrar de una forma muy precisa aplicando la ley de Ohm.

Con la resistencia variable R3 se consigue equilibrar el puente, situacin en la que la diferencia de potencial entre los puntos A y B es nula. Entonces:

CB1132CA

BD21X2AD

VVRIRIVVVVRIRIVV

======

1

23X R

RRR =

Para la medida de la conductividad de una disolucin, como es nuestro caso, se utiliza el mismo dispositivo, pero la resistencia desconocida, RX, ser la disolucin cuya conductividad se quiere medir.

celdaKR1

AlG ==

2

Para conocer el valor de , nos falta conocer la constante de celda, Kcelda , (l/A), la cual se determina calibrando el conductmetro con una disolucin patrn de KCl 0,01M de conductividad exactamente conocida (actualmente se usan tambin otras sustancias patrn) con lo cual:

III. CONDUCTIVIDAD MOLAR: LEY DE KOHLRAUSH

Puesto que la conductividad depende, entre otros factores, del nmero de portadores cargados, es decir, de la concentracin de iones en disolucin, se suele trabajar con la conductividad por unidad de concentracin molar y que denominamos conductividad molar. : S /m C: mol/m3 La conductividad, , de una disolucin diluida de electrolitos (fuertes o dbiles) aumenta al incrementar la concentracin de iones. En el caso de electrolitos fuertes, el nmero de iones por unidad de volumen aumenta en proporcin directa a la concentracin pero en el caso de los electrolitos dbiles este aumento no es tan grande debido a su ionizacin parcial. En la figura podemos ver como cambia la conductividad molar, M, de un electrolito fuerte y uno dbil a medida que aumenta la concentracin molar del electrolito. Kohlrausch encontr,

trabajando con disoluciones diluidas de electrolitos fuertes, que los resultados experimentales se ajustaban a una recta del tipo:

Ley de Kohlraush M0 es el valor lmite (obtenido por extrapolacin) al que tiende la conductividad molar, es la llamada conductividad molar a dilucin infinita, donde los iones se comportan y desplazan de modo independiente unos de otros. A es un coeficiente que depende de la naturaleza del electrolito. La conductividad molar a dilucin

infinita para electrolitos dbiles, no se puede determinar de la misma forma. Para conocer su valor se utiliza la ley de migracin independiente de los iones segn la cual el valor de Mo se puede obtener como la suma de las contribuciones de sus iones al proceso global de conduccin,

+o

y -o

son las conductividades molares a dilucin infinita del catin y del anin respectivamente

+ y - son el nmero de cationes y aniones por frmula unidad del electrolito.

( )C

molmS 12M

=

CA0MM =

000M

+

+ +=

M

C1/2

celdaX

KR1

=

3

IV. TEORA DE ARRHENIUS PARA LA DISOCIACIN INICA Los electrolitos dbiles son sustancias que no estn completamente ionizadas en disolucin. La conductividad depende del grado de ionizacin porque la concentracin de cada ion es proporcional a . Esto nos va a permitir determinar la constante de disociacin a partir de medidas de conductividad. Planteamos la disociacin del cido actico y su constante de equilibrio: CH3COOH CH3COO- + H+ C0 (1 ) C0 C0 Arrhenius estableci que la conductividad molar de un electrolito dbil medida experimentalmente, M, se puede relacionar con la conductividad molar que tendra esa disolucin cuanto estuviera completamente ionizada, M0, mediante el grado de ionizacin : Sustituyendo en la expresin de Kd: Linealizando la ecuacin anterior: Reordenando:

Ley de dilucin de Ostwald

De la representacin de 1/M frente a CoM , que es una lnea recta obtenemos: * Kd (constante de disociacin del cido actico) a partir de la pendiente de la recta. * M a partir de la ordenada en el origen.

[ ] [ ][ ] )(1

C)(1C

CCOOHCH

HCOOCHK

20

0

220

3

3d

=

==+

0MM =

( )( ) 0MM20M

2M0

0M

M

20M

2M

020

d

C

1

C

1CK

=

=

=)(

( ) ( ) ( ) 0MM

20Md

2M00

MMd2M0

20Md

2M0

0MMd

20Md K

C1KCKCKK

+

=+==

( ) 0MM020MdM1C

K11

+

=

4

V. DESARROLLO EXPERIMENTAL

TABLA 0: Disoluciones de trabajo previstas

Disolucin [AcH]0 = 0,50 M Disolucin [AcH]0 = 0,025 M Vtotal = 250 cm3 Vtotal = 250 cm3

N Vprevisto (cm3) [AcH]/M N Vprevisto (cm3) [AcH]/M 1 25 13 45 2 22 14 40 3 20 15 35 4 18 16 30 5 16 17 25 6 14 18 20 7 12 19 15 8 10 20 10 9 8 21 8 10 6 22 4 11 4 23 2 12 3 24 1

TABLA I: Preparacin de las disoluciones ___________________________________________________________________________ Disolucin inicial de partida: [AcH]O = mol/dm3 Volumen final: Vtotal = 250 cm3

N

V/cm3

Previsto

V/cm3

Medido

[AcH]FINAL

(mol/dm3)

[AcH]FINAL (mol/m3)

5

TABLA II: Medida de la conductividad del agua _____________________________________________________________________________ * Antes de medir enjuagar muy bien el electrodo con agua de conductividad.

T = (C)

1

2

3

agua (S cm-1)

Valor medio en el S.I.: AGUA =

TABLA III: Medida de la conductividad de las disoluciones preparadas * Antes de medir enjuagar el electrodo (2 o 3 veces) con la disolucin. * Renovar la disolucin en cada medida.

N =

1

2

3

(S cm-1)

Valor medio en el S.I.: DISOLUCIN =

N =

1

2

3

(S cm-1)

Valor medio en el S.I.: DISOLUCIN =

N =

1

2

3

(S cm-1)

Valor medio en el S.I.: DISOLUCIN =

N =

1

2

3

(S cm-1)

Valor medio en el S.I.: DISOLUCIN =

6

TABLA IV: Resultados globales

____________________________________________________________________

AcH/(S m-1) = DISOLUCION - AGUA

M = (S m-1) /C (mol m-3)

Nota: Ponga las unidades correspondientes en el sistema internacional

Grficas: 1. Para conocer si el cido actico tiene comportamiento de cido fuerte o dbil representaremos la conductividad molar, M, frente a [AcH]1/2. 2. Para determinar la constante de disociacin del cido actico representaremos 1/M frente a [AcH] M.

N

[AcH]

(mol m-3)

AcH ( )

M ( )

N

[AcH]

(mol m-3)

AcH ( )

M ( )

1 13

2

14

3 15

4

16

5 17

6 18

7

19

8 20

9 21

10 22

11 23

12 24

7

VI. APARTADOS OBLIGATORIOS PARA EL INFORME DE LA PRCTICA:

CONDUCTIVIDAD ELECTROLTICA Y SUS APLICACIONES

I.- INTRODUCCION 1.- OBJETIVO DEL TRABAJO

2.- ESTUDIO PREVIO: FUNDAMENTO TERICO

2.1. Conductividad de los electrolitos: Conceptos bsicos. 2.2. Medida de la conductividad. Puente de Wheatstone. 2.3. Conductividad molar, M y conductividad molar a dilucin infinita, 0M 2.4. Comportamiento de electrolitos dbiles y fuertes: Leyes de Kohlrausch y de dilucin de Ostwald. 2.5. Proyecto de trabajo para obtener el objetivo propuesto.

II.- DESARROLLO EXPERIMENTAL

1.- DESCRIPCION DE MATERIALES Y EQUIPOS NECESARIOS * Haga una relacin del material utilizado en el trabajo.

2.- PREPARACION DE DISOLUCIONES DE TRABAJO * Explique la preparacin de las disoluciones de cido Actico que le han correspondido segn se

indica en la tabla 0.

3.- OBTENCION DE DATOS EXPERIMENTALES * Comente el procedimiento operativo concreto que ha seguido para la obtencin de los datos

experimentales. III. TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES: RESULTADOS

* Incluya en este apartado todo lo referente al tratamiento de los datos obtenidos conforme al proyecto de trabajo planteado indicando las tablas donde se recogen los resultados correspondientes.

* Representaciones grficas: Utilice una hoja Excel para grficas y ajustes. * Haga referencia al comportamiento general que se pone de manifiesto en las representaciones

grficas. IV. CONCLUSIONES FINALES

* Resuma en una o dos frases lo conseguido y compare los resultados experimentales con los valores tabulados determinando el % de error.

* Plantee al final de su informe, al menos una pregunta relacionada con la prctica, que le haya

surgido despus de realizarla, o despus de hacer el informe, o que no haya terminado de comprender a lo largo de su desarrollo..etc.

TABLA I: Preparacin de las disolucionesTABLA II: Medida de la conductividad del aguaTABLA III: Medida de la conductividad de las disoluciones preparadasValor medio en el S.I.: DISOLUCIN =TABLA IV: Resultados globales____________________________________________________________________AcH/(S m-1) = DISOLUCION - AGUAM= (S m-1) /C (mol m-3)