Resumen - Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y

Física experimental II
Trabajo práctico nº 2 :
Medición de la conductividad en un eléctrolito
Alumnos:
Martinez Fernández, Jorge
Turlione, Anabela
Resumen:
Se midió la conductividad de un electrolito fuerte, constituido por una solución de sal y agua,
utilizando un sencillo circuito con corriente alterna. Se tomaron valores para distintos largos del
electrolito y concentraciones. La solución utilizada fue de Kcl y agua.
Objetivos del práctico:
El objetivo de este práctico es la medición de la conductividad de un electrolito de kcl, para
soluciones de diferentes concentraciones.
Introducción Teórica:
Principios:
Las sales son sustancias sólidas constituidas por cationes y aniones unidos fuertemente por
enlaces químicos formando redes cristalinas.
En la red cristalina los electrones están fuertemente ligados a sus iones; estos se encuentran
retenidos por la fuerza primaria denominada enlace iónico por lo que no pueden trasladarse
libremente. En estos compuestos ni los electrones ni los iones pueden trasladarse, por lo tanto los
sólidos de estas sustancia no conducen la corriente eléctrica.
Sin embargo, los compuestos iónicos son solubles en líquidos polares, como ser el agua. Las
moléculas polares del agua se comportan como dipolos eléctricos, orientándose en los campos
eléctricos generados por los iones de la sal, esto se encuentra esquematizado en la figura 1.
Los cristales iónicos deben su estabilidad a las intensas fuerzas de atracción entre todos los iones
de carga eléctrica contraria. Si por alguna razón estas fuerzas disminuyen de intensidad, los iones
podrían abandonar la red cristalina. Esto es lo que ocurre cuando a los sólidos iónicos se los
coloca en un líquido polar, las moléculas del líquido se orientan y se colocan en los espacios
vacíos que hay entre los iones; esto disminuye las fuerzas de atracción y el cristal desaparece por
disolución.
Cuando los iones de las soluciones pueden trasladarse libremente, estas se comportan como
electrolitos, es decir conducen la corriente.
Fig.1: Orientación de los dipolos alrededor de los iones.
Si se aplica un campo eléctric al electrolito, los iones se dirigen a los electrodos de carga opuesta.
Las soluciones, al igual que los conductores metálicos obedecen a la Ley de Ohm, excepto en
voltajes muy elevados y corrientes de frecuencia muy alta.
La conductividad eléctrica de un medio, se define como la capacidad que tienen el medio para
conducir la corriente eléctrica. En un electrolito dependerá del número de iones presentes y de su
movilidad. En la mayoría de las soluciones acuosas, entre mayor sea la cantidad de sales disueltas,
mayor será la conductividad.
Desarrollo del práctico.
En la práctica, la conductividad eléctrica de una solución se mide mediante el uso de una corriente
alterna (AC) con el fin de evitar efectos de polarización. Cuando se usa una corriente continua
(DC) los iones vecinos al electrodo emigran hacia este, produciendo un empobrecimiento de
electrolitos en el medio. Esto hace que la conductividad se altere como consecuencia de la
variación en la concentración. Este fenómeno se llama polarización de los electrodos y hace
imposible medir la conductividad por medio de corriente DC. Por tal motivo los conductivímetros
utilizan una corriente AC.
La sal usada para la solución es kcl, se decidió el uso de la misma ya que al disolverla en agua se
forma un electrolito fuerte, es decir el grado de ionización que alcanza la sustancia es alto. Un
ejemplo de electrolito débil es una solución de agua y ácido acético que es justamente la primera
sustancia con la que se intentó llevar a cabo el práctico. Idea que se desechó rápidamente al ver
que este prácticamente no conducía la corriente eléctrica.
La medición fue realizada mediante el uso del circuito ilustrado en la figura 2, este consta de una
resistencia variable (R) conectada en serie con el electrolito (E) alimentado con una fuente de
corriente alterna. Los puntos A y B están en corto, unidos por un puente de hilo.
R
E
c
B
lx
x
A
Fig.2: Dispositivo experimental.
Se utiliza un osciloscopio para medir el potencial entre el puente AB y el punto c, siendo móvil la
punta que está sobre el puente.
Se puede demostrar que cuando el voltaje entre el puente y c es mínimo existe una relación entre
R, E , y las distancias x y l-x de la siguiente forma (ver apéndice):
Rx
x
,

Rp l  x
(1)
donde Rx es la resistencia del electrolito.
La conductividad es medida en función del largo del electrolito y la concentración de sal. Cada
vez que se modifica una de estas variables es necesario correr la punta móvil del osciloscopio y/o
modificar el valor de la resistencia variable para recuperar el mínimo. Una vez que el mismo ha
sido localizado no queda más que medir las distancias x y l-x, el valor R y utilizar la fórmula (1).
Cuando se consigue el valor de Rx, y aplicando la ley de Ohm se tiene que:

donde  es la conductividad del electrolito.
l
Rx A
(2)
La temperatura durante el práctico ha sido la ambiente, aproximadamente 20ºC.
Resultados:
En las siguientes gráficas se ilustra la resistencia en función del largo del electrolito, cada una de
las gráficas corresponde a una concentración Kn dada de solución.
Referencias:
K2: 8,2 g / l K1:10,0 g / l
K3:5,41 g / l K4:3,99 g / l
K5:2,69 g / l K6:1,50 g / l
K7:0,80 g / l
Gráfica correspondiente a K1
1,4
1,2
R(kΩ)
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
10
20
30
40
L(cm)
50
R2 = 0,9989
El valor de la conductividad es para esta concentración:
1
 1  14,9  0,4
kcm
Gráfica correspondiente a K2
1,6
1,4
R(kΩ)
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
10
20
L(cm)
30
40
R2 = 0,9965
El valor de la conductividad es para esta concentración:
1
 2  11,07  0,5
kcm
R(kΩ)
Gráfica correspondiente a K3
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
10
20
30
40
R2 = 0,9994
L(cm)
El valor de la conductividad es para esta concentración:
1
 3  8,7  0,2
kcm
Gráfica correspondiente a K4
3
R(kΩ)
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0
10
20
L(cm)
30
40
R2 = 0,9952
El valor de la conductividad es para esta concentración:
 4  6,1  0,2
1
kcm
Gráfica correspondiente a K5
5
R(kΩ)
4
3
2
1
0
0
10
20
L(cm)
30
40
2
R = 0,9921
El valor de la conductividad es para esta concentración:
1
 5  3,9  0,2
kcm
Gráfica correspondiente a K6
10
R(kΩ)
8
6
4
2
0
0
10
20
30
L(cm)
40
R2 = 0,9943
El valor de la conductividad es para esta concentración:
1
 6  2,7  0,1
kcm
R(kΩ)
Gráfica correspondiente a K7
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
2
L(cm)
R = 0,9788
El valor de la conductividad es para esta concentración:
1
 7  0,90  0,07
kcm
σ (1/KΩcm)
Conductividad en función de la
concentración
20
15
10
5
0
0
5
10
Concentración (g/l)
15
Conclusiones:
Tal como se observa en las gráficas, a medida que la concentración disminuye, así lo hace la
conductividad. Esto se debe a que cuando disminuye la concentración también disminuye el
número de iones presentes en la solución que son los que conducen la corriente. Se puede concluir
que (a excepción de la solución menos concentrada, caso que se comenta en el apéndice) en
general las mediciones han sido buenas ya que el comportamiento visto en las gráficas es lineal
con índices de correlación R2 del orden del 0,99.
Una sugerencia que podría ser de utilidad para futuras realizaciones del práctico es no utilizar
cables demasiado largos para evitar ruido externo e interferencias en la lectura del osciloscopio.
Bibliografía:

Química para ingeniería y ciencias exactas, Oscar H. Pliego
Apéndice.
1)
Vab  0  I1 R1  I 2 R3 , I1 R2  I 2 R4
R
R
 2  4
R1 R3
R1
R2
a
Esto se aplica al circuito de la figura
2 de la siguiente forma:
b
lx
, R3 
R4 
cA
cA
x
R3
Donde  c es la conductividad del
cable y A su área transversal.
R1 = Rp y R2 = Rx
Entonces se tiene que:
R4
Rx
x

Rp l  x
2) La siguiente gráfica corresponde a la solución menos concentrada, el comportamiento de la
misma no puede considerarse lineal ya que el índice de correlación R es del orden del 0,79.
Se ha optado, sin embargo no incluirla en los resultados de este práctico, ya que no se pudo
encontrar una explicación física del fenómeno. Por lo tanto se concluye que el resultado es
erróneo y de poco fiar.
Gráfica correspondiente a la solución menos
concentrada.
R(kΩ)
200
150
100
50
0
0
5
10
15
L(cm)
20
25
R2 = 0,7907
El valor de  es en este caso es:   0,09  0,08
1
kcm