Conductancia Eléctrica: Electrolitos y Cálculos

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
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Clasificación de Electrolitos
Electrolitos fuertes
Ácidos fuertes
Bases fuertes
Sales
Electrolitos débiles
Ácidos débiles
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Bases débiles
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1
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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
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Definición de conductancia, L
 Recíproco de Resistencia, R  L  R1 
 Flujo de:


electricidad
Electrones
 Migración de iones
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2
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Clasificación de sustancias
Depende del comportamiento con
respecto a un flujo de corriente.
Conductores
 Semiconductores
 Aisladores

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Conducción de corriente eléctrica
Clasificación:

conducción electrónica
 metálica

conducción huecos, {“ hoyos”}
 semi-conductores

Conducción electrolítica
 iones
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y electrones
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3
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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.
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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
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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.
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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 '
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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)
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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
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Conductímetro digital
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Electrical_conductivity_meter.jpg
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Factores que afectan la conducción
 concentración
 grado de ionización
 naturaleza de iones
 temperatura (es importante controlarla)
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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.
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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
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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)
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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
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(C) 1/2 18
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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   
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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
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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

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Derivación de la ecuación # 8
Ka 
 H A c  H A c 0 
Ka 
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
 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 )
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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)
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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)



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

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12