Clasificación de Electrolitos

8/11/2014
Conductancia eléctrica
Lalboratorio de Química Física I
QUIM 4051
http://www.usm.maine.edu/chy/manuals/114/text/Conduct.html
agosto 2014
Ileana Nieves Martínez
1
Clasificación de Electrolitos
Electrolitos fuertes
Ácidos fuertes
Bases fuertes
Sales
Electrolitos débiles
Ácidos débiles
agosto 2014
Bases débiles
2
1
8/11/2014
Propósitos
 En un intervalo de concentración se determinará
la conductancia de:



un electrolito fuerte (NaCl)
un electrolito débil (ácido acético{HAc})
una sal poco soluble (MnXm)
 Se calculará:



grado de ionización de HAc, 
constante de ionización de HAc, Ka
solubilidad de sal poco soluble. sM
agosto 2014
3
Definición de conductancia, L
 Recíproco de Resistencia, R  L  R1 
 Flujo de:


electricidad
Electrones
 Migración de iones
agosto 2014
4
2
8/11/2014
Clasificación de sustancias
Depende del comportamiento con
respecto a un flujo de corriente.
Conductores
 Semiconductores
 Aisladores

agosto 2014
5
Conducción de corriente eléctrica
Clasificación:

conducción electrónica
 metálica

conducción huecos, {“ hoyos”}
 semi-conductores

Conducción electrolítica
 iones
agosto 2014
y electrones
6
3
8/11/2014
Conducción electrónica (metálica)
 Resulta de la movilidad de los electrones
 Ocurre en sólidos (metales iónicos), metales
derretidos
 Consiste del movimiento (flujo) de electrones
bajo la influencia de una diferencia en potencial.
 los átomos o iones de la red cristalina no
participan en el proceso de conducción.
agosto 2014
7
Semi-conductores
 Los electrones que se localizan en banda sin
llenar, separada de la banda ocupada por energía
del orden kT (intrínseca o extrínseca)
aislante
agosto 2014
8
4
8/11/2014
Conducción electrolítica
 soluciones de electrolitos fuertes y débiles, sales
fundidas y algunas sales sólidas.
 el flujo de electricidad se debe a:


flujo de electrones
La migración de iones positivos y negativos hacia el
electrodo.
incluye una transferencia de carga eléctrica de un
electrodo a otro
 transferencia de materia.


Se observan cambios químicos de los electrodos.
agosto 2014
9
Conducción electrolítica
 la resistencia (R) al flujo depende de:


la distancia, (l) entre los electrodos
el área, (A) de los electrodos.
l
A
 La resistencia para un material es:


directamente proporcional a su longitud l
inversamente proporcional al área seccional A del
conductor


distancia entre los electrodos, l, área expuesta de los
electrodos A R    l A    k
Inversamente proporcional a la conductancia
L    Al    k '
agosto 2014
10
5
8/11/2014
Ecuaciones útiles
 Relación entre conductancia y resistencia
R
1 1 l 
 l 
    k
L   A
 A
(1)
  resistencia específica (ohm-cm)
 k – constante de la celda  k  l A 

 Conductancia
 A
L     k'
l 
  - conductancia específica (ohm-cm)-1
 k’ = (k)-1 – constante de la celda inversa  k '  A 
l
(2)
 Ley de Ohm E  I R
(3)
agosto 2014
11
Celdas para medir conductancia
desconocido
Resistencia variable
(Caja de Resitencia estándard)
B Solución
experimental
batería
Fuente de
Corriente Alterna
Celda de
Conductancia
interruptor
http://www.topac.com/conductivityprobes.html
agosto 2014
12
6
8/11/2014
Conductímetro digital
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Electrical_conductivity_meter.jpg
agosto 2014
13
Factores que afectan la conducción
 concentración
 grado de ionización
 naturaleza de iones
 temperatura (es importante controlarla)
agosto 2014
14
7
8/11/2014
Definiciones generales
 Ohmnio (Ω): unidad de resistencia que representa la
resistencia a 0EC de una columna de mercurio que
mide 106.3 cm de largo y pesa 14.4521 g.
 Amperio (AMP): unidad de corriente (i)
 Voltio (V): es la unidad de expresión de fuerza
electromotriz (emf) que representa el potencial
necesario para pasar una corriente de un amperio a
través de una resistencia de un ohmnio.
agosto 2014
15
Definiciones generales (continuación)
 Conductancia específica (κ): conductancia de un mL de
solución (κ = L [l / A]) donde:





L − conductancia observada
A − área del electrodo
l − distancia entre los electrodos
[l/A] − constante de la celda para conductancia, k
Unidades:

(ohm-1 cm-1 ) ó mho cm-1
 ohm-1 = siemens (S) - en el sistema internacional
agosto 2014
16
8
8/11/2014
Definiciones generales (continuación)
 Conductancia molar (ΛM): conductancia de una cantidad
de solución que contenga un peso por mol (1 mol) de
electrolito colocado entre dos electrodos apartados por un
cm (1 cm) (a lados opuestos de volumen dado).
M 
conductancia específica 

concentración
M
M 
(4)

l 
 L   L xk
M
 A
(4)
agosto 2014
17
Conductancia molar: 
 Kohlraush

Suma de conductancias molares límites de cationes y
aniones a dilución infinita
 0   0   0
(5)

Para electrolitos fuertes es lineal vs curva para débiles.
1/2
0
  0  b  C 
(6)

Donde:
 b y 0 son constantes
NaCl
 C es la concentración molar
HAc
agosto 2014
(C) 1/2 18
9
8/11/2014
Conductancia molar y sus usos
 Grado de disociación de ácido débil
 HAc 

 0HAc
(7)
 Constante de ionización de ácido débil
Ka 
 2  HAc 0
(8)
 0HAc   0HAc   
agosto 2014
19
Conductancia a dilución infinita; electrolito débil
 Cálculo de 0 para HAc
0
 0HAc  H0   Ac

+  NaCl  Na   Cl 
0
0
0


0
0
0
0


 0HAc   0NaCl  
  
  
   
H
Ac
Na
Cl
0
0
0
0
 HAc   NaCl   HCl   NaAc
 0HAc   0HCl   0NaAc   0NaCl
agosto 2014
20
10
8/11/2014
Derivación de la ecuación # 8
Ka 
 2  H A c 0
 0H A c   0H A c  
Ka
 HAc
(8 )

 H    A c  


 H A c 0   H  
 H  


 H A c 0
x
 H A c 0
x2
 H A c 0  x
x   H A c  H A c 0

agosto 2014
21
Derivación de la ecuación # 8
Ka 
 H A c  H A c 0 
Ka 
agosto 2014

 H A c 0   H A c  H A c 0
 HAc 
Ka 
2



 H A c 0  H2 A c  H A c 0 
 H A c 0 1   H A c 

 0H A c

 0H A c

 1 




2
 H A c 0

 0H A c




 2  H A c 0

 2  H A c 0
0
HAc
 0H A c   0H A c  


2




 0H A c  
 0H A c




(8 )
22
11
8/11/2014
Relación de valor experimental, L con M

 A
 1000 
L      A 

 l 
 M 


(9)
Para un mol por litro (M = 1mol/L) en una distancia de un
cm (l = 1 cm)
El factor de 1000 convierte unidades de área de dm2
a unidades de cm2 según la ecuación (10):
m 
m 
 (mho cm 1 )
M (mol dm 3 )
 (mho cm 1 ) 103 cm3
M (mol dm 3 )
x
1 dm3
 mho cm 2 mol-1
(10)
agosto 2014
23
Determinación de concentración
 Para soluciones diluídas de la ecuación (9):
 1000 
  

 M 

Corregir por disolvente (agua en este caso)
 1000 
M     H 2O  0 
  
(11)
Sólido poco soluble
 1000 
M     H 2O  0 
  sólido 
(12)



agosto 2014


24
12