Informe Físico-Química, Conductividad Eléctrica En

FÍSÍCO-QUÍMÍCA: LABORATORÍO 2
“Conductividad electrica de disoluciones”
Nombre:
Álvaro Maldonado
Ayudante:
Yayné Beltrán
Compañero: Andrés Peña
Fecha:
30 de septiembre 2013
Resumen
La realización de este laboratorio tuvo como objetivo estudiar y analizar la influencia que
posee la concentración sobre la conductividad de las disoluciones de electrolitos débiles y fuertes.
Este estudio consistió en registrar la conductividad eléctrica de soluciones de distintas
concentraciones, mediante un conductímetro, para luego determinar la conductividad molar (Λ)
de las diferentes soluciones. Con estos datos se realizó un gráfico Λ v/s √c para cada sustancia y
mediante éste, se determinó la conductividad en dilución infinita Λ∞ . Luego, gracias a los valores
obtenidos se calculó el grado de ionización (α) y la constante de ionización en función de la
concentraciones (Kc) del acido acético. Finalmente se confeccionó un gráfico ln (Kc) v/s √αc
mediante el cual se descubrió el valor de la constante de disociación del ácido débil.
Los resultados obtenidos fueron:
𝚲∞ (HCl)
𝚲∞ (𝐂𝟐 𝐇𝟒 𝐎𝟐 )
𝐊𝐚 (𝐂𝟐 𝐇𝟒 𝐎𝟐 )
0,0417 [Sm2 ⁄mol]
0,0391[Sm2 ⁄mol]
2,0196 × 10−5
Experimentación
Materiales, reactivos y sustancias utilizadas:
- Conductímetro
- Agua desionizada
- Matraces aforados de 100 mL
- 500 mL de disolución de KCl 0,01mol
L
- Pipeta de 25 mL
- 500 mL de disolución de HCl 0,1 mol
L
- Vaso pp de 100 mL
- Termostato
- 500 mL de disolución de ácido
acético 0,05 mol
L
Método experimental:




Calibrar el equipo de conductividad:
- Se debe agregar a la celda de conductividad una suficiente cantidad de KCl 0,01 [mol
]
L
previamente termostatizado a 25[℃].
μS
- Si la conductividad de esta disolución es 1413 [cm
], significa que la calibración es
correcta.
Se debe termostatizar el agua desionizada y comprobar que su conductividad esté en el
μS
orden de [cm
].
Conductividad de ácido acético:
- Se prepara 100 [mL] de disolución de ácido acético (C2 H4 O2 ) por disoluciones sucesivas
1 1
a 14, 16
, 64 de la disolución inicial 0,05 [mol
] y se termostatiza a 25[℃].
L
- Se registra la conductividad para cada una de las cuatro disoluciones de ácido acético
incluyendo la disolución inicial.
Conductividad de ácido clorhídrico:
- Se prepara 100 [mL] de disolución de ácido clorhídrico (HCl)por disoluciones sucesivas a
1 1 3
, , de la disolución inicial 0,1 [mol
] y se termostatiza a 25[℃].
L
4 2 4
- Se registra la conductividad para cada una de las cuatro disoluciones de ácido clorhídrico
incluyendo la disolución inicial.
Datos experimentales:
Tabla N° 1: Datos ambientales
Temperatura ambiente
Presión barométrica
Factor de corrección
(24 ± 0,5)[℃]
(764,8 ± 0,1)[mmHg]
2,989
Tabla N° 2: Datos de conductividad (κ) para KCl y H2O
N° de determinación
1
2
3
(𝛋𝐊𝐂𝐥 ± 𝟏𝟎−𝟐 )[𝛍𝐒⁄𝐜𝐦]
1414
1413
1414
(𝛋𝐇𝟐𝐎 ± 𝟏𝟎−𝟐 )[𝛍𝐒⁄𝐜𝐦]
4,02
4,03
3,99
Tabla N° 3: Datos de concentración (c) y conductividad (κ) para HCl
N° de determinación
1
2
3
4
𝐜𝐇𝐂𝐥 [𝐦𝐨𝐥⁄𝐋]
0,025
0,050
0,075
0,100
(𝛋𝐇𝐂𝐥 ± 𝟏𝟎−𝟓 )[𝐦𝐒⁄𝐜𝐦]
10,12
19,54
30,50
39,20
Tabla N° 4: Datos de concentración (c) y conductividad (κ) para C2H4O2
N° de determinación
1
2
3
4
𝐜𝐂𝟐𝐇𝟒𝐎𝟐 [𝐦𝐨𝐥⁄𝐋]
7,812 × 10−4
3,125 × 10−3
0,0125
0,0500
(𝛋𝐂𝟐𝐇𝟒𝐎𝟐 ± 𝟏𝟎−𝟓 )[𝛍𝐒⁄𝐜𝐦]
45,2
92,3
185
378
Datos bibliográficos:
Conductividad molar límite Λ∞ (25[℃]) de HCl = 462,2
Scm2
mol
Conductividad molar iónica límite λ+ ∞ (25[℃]) de ion hidrógeno = 349,82
Conductividad molar iónica límite λ− ∞ (25[℃]) de ion acetato = 40,9
Constante de ionización para ácido acético a 25[℃] (K a ) = 1,75 × 10
Scm2
mol
−5
Scm2
mol
Resultados
Tabla N° 5: Datos de concentración (c), conductividad (κ), conductividad molar según la fórmula
general, Λ = κ⁄c y √c para el HCl.
N° de
determinación
𝐜𝐇𝐂𝐥 [𝐦𝐨𝐥⁄𝐋]
1
2
3
4
0,025
0,050
0,075
0,100
(𝛋𝐇𝐂𝐥
(𝚲
−𝟓 [𝐦𝐒⁄
± 𝟏𝟎 )
𝐜𝐦] ± 𝟏𝟎−𝟖 )[𝐒𝐦𝟐 ⁄𝐦𝐨𝐥]
10,12
0,040
19,54
0,039
30,50
0,041
39,20
0,039
√𝐜
0,158
0,224
0,274
0,316
𝛬 vs √c
0.0415
Conductividad molar
0.041
𝛬 vs √c
0.0405
Linear (𝛬 vs √c)
0.04
0.0395
0.039
0.0385
0
0.1
0.2
0.3
0.4
Raíz de la concentración
Gráfico N° 1: Relación de Kohlrausch, compara Λ versus √c
Según lo que indica el gráfico la Λ∞ , que se encuentra en la intersección de la recta de
interpolación con el eje cartesiano, tendría un valor aproximado de 0,0417 [Sm2 ⁄mol].
Es de suma importancia destacar que se escoge una recta para la interpolación, ya que la
fórmula de Kohlrausch obliga a utilizar una pendiente constante, 𝚲 = 𝚲∞ − 𝐛√𝐜
Tabla N° 6: Datos de concentración (𝑐), conductividad (𝜅), conductividad molar según la fórmula
general, Λ = 𝜅⁄𝑐 y √𝑐 para el C2H4O2
N° de
determinación
𝐜𝐂𝟐𝐇𝟒 𝐎𝟐 [𝐦𝐨𝐥⁄𝐋]
1
2
3
4
7,812 × 10−4
3,125 × 10−3
0,0125
0,0500
(𝛋𝐂𝟐𝐇𝟒 𝐎𝟐
± 𝟏𝟎−𝟓 )[𝛍𝐒⁄𝐜𝐦]
45,2
92,3
185
378
(𝚲
± 𝟏𝟎−𝟖 )[𝐒𝐦𝟐 ⁄𝐦𝐨𝐥]
5,786 × 10−3
2,954 × 10−3
1,480 × 10−3
7,560 × 10−4
√𝐜
0,0279
0,0559
0,1118
0,2236
0.007
Conductividad molar
0.006
0.005
0.004
𝛬 vs √c
0.003
0.002
0.001
0
0
0.1
0.2
Raíz de la concentración
0.3
Gráfico N° 2: Relación de Kohlrausch, compara Λ versus √c
Para el siguiente procedimiento es importante señalar el cálculo de la conductividad molar
a disolución infinita para electrolitos débiles, según la ley de Kohlrausch sobre migración de iones:
∞
Λ∞ = 𝜈+ 𝜆∞
+ + 𝜈− 𝜆−
Λ∞ = 1 × 0,035 + 1 × 4,09 × 10−3
Λ∞ = 0,0391[Sm2 ⁄mol]
Tabla N° 7: Datos de concentración (c), grado de disociación (α), constante de ionización (K c ) en
funciones de la concentración, logaritmo natural de K c y √αc para el C2H4O2
N° de
𝐜𝐂𝟐 𝐇𝟒𝐎𝟐 [𝐦𝐨𝐥⁄𝐋]
determinación
1
7,812 × 10−4
2
3,125 × 10−3
3
0,0125
4
0,0500
𝛂
𝐊 𝐜 [𝐦𝐨𝐥⁄𝐋]
𝐥𝐧(𝐊 𝐜 )
√𝛂𝐜
0,14798
0,07554
0,03785
0,01934
2,008 × 10−5
1,929 × 10−5
1,861 × 10−5
1,907 × 10−5
−10,8158
−10,8559
−10,8918
−10,8674
0,0108
0,0154
0,0218
0,0311
logartimo natural de la constante de ionización
ln(Kc) vs √αc
-10.8
-10.81
0
0.01
0.02
0.03
0.04
-10.82
ln(Kc) vs √αc
-10.83
Linear (ln(Kc) vs √αc)
-10.84
-10.85
-10.86
-10.87
-10.88
-10.89
-10.9
Raíz del producto de concentración y grado de disociación
Gráfico N° 3: Comparativo del logaritmo natural de la constante de ionización versus la raíz
cuadrada del grado de ionización y la concentración.
Según lo que indica el gráfico el ln(K a ) , que se encuentra en la intersección de la recta de
interpolación con el eje cartesiano, tendría un valor aproximado de −10,81, por lo tanto, el K a
valdría aproximadamente 2,0196 × 10−5.
Cabe señalar que estas relaciones se obtienen de ajustes logarítmicos a la ley límite de
Debye-Huckel, 𝐥𝐧𝐊 𝐚 = 𝐥𝐧𝐊 𝐜 − 𝟐, 𝟑𝟒𝟒√𝛂𝐜
Ejemplos de cálculo:
1. Conductividades molares:
La conductividad molar es la conductividad de un volumen de solución que contiene un
equivalente de soluto, es decir:
Λ=
κ
c
Λ: conductividad molar [Sm2/mol]
c: concentración [mol/L]
κ: Conductividad específica [S/m]
Para κ = 1,012 [S/m] y una c = 25 [mol/m3]
Λ=
1,012
25
Λ = 0,04048
Para electrolitos fuertes (HCl), si se considera la relación lineal de la conductividad a
disolución infinita y la conductividad a distintas concentraciones, se puede calcular el valor de Λ∞
extrapolando a c = 0 la recta de interpolación en el gráfico Λ versus √c. Así, el punto en el cual
toca la recta al eje coordenado corresponde al valor buscado.
Λ∞ (HCl) = 0,0417 [
Sm2
]
mol
Para electrolitos débiles (ácido acético) se utiliza la siguiente relación:
−
Λ∞ = v+ λ+
∞ + v − λ∞
Donde v+ y v− son los moles de iones positivos y de iones negativos generados por mol de
electrolito disociado. Como el ácido acético se disocia 1:1 en iones, se obtiene que:
Λ∞ = 1 × 0,035 + 1 × 4,09 × 10−3
Λ∞ = 0,0391[Sm2 ⁄mol]
2. Grado de ionización para el ácido débil:
Λ
El grado de ionización se define como ∝= Λ∞
Así para, Λ = 5,786 × 10−3
α =
5,786 × 10−3
= 0,14798
0,0391
3. Cálculo de Kc:
c∝2
Se calcula la constante de equilibrio como K c = 1−∝
Como ejemplo para c = 7,812 × 10−4 y α = 0,14798
7,812 × 10−4 × 0,147982
Kc =
= 2,008 × 10−5
1 − 0,14798
4. Cálculo de Ka:
Para la obtención de K a , se grafica lnK c versus √αc, y luego se extrapola hasta que la recta
toque el eje de las ordenadas, es decir c = 0. Al resolver el logaritmo natural, este valor
corresponderá al valor de K a .
ln Ka = − 10,81
Ka = 2,0196 × 10−5
Errores relativos:
% error =
X teórico − X experimental
∗ 100
X teórico
% error relativo para el cálculo de Λ∞ = 9,779 %
% error relativo para el cálculo de K a = 15,406 %
Análisis de resultados
Los resultados que se obtuvieron son:
𝚲∞ (HCl)
𝚲∞ (𝐂𝟐 𝐇𝟒 𝐎𝟐 )
𝐊𝐚 (𝐂𝟐 𝐇𝟒 𝐎𝟐 )
0,0417 [Sm2 ⁄mol]
0,0391[Sm2 ⁄mol]
2,0196 × 10−5
Se puede concluir que el comportamiento general de la conductividad específica es el
mismo para todos los electrolitos. Existen cambios en la conductividad a medida que cambia la
concentración, esto ocurre hasta un valor máximo.
A partir de un determinado valor de concentración específica, la conductividad comienza a
disminuir, debido a que las interacciones asociativas entre los iones dificultan la conducción de la
corriente.
Al analizar los resultados obtenidos es de notar que la conductividad molar depende de la
concentración del electrolito. Experimentalmente se observa que la conductividad molar varía con
la concentración de manera diferente en el caso de electrolitos fuertes y débiles.
Generalizando según lo ocurrido, los electrolitos débiles, como el ácido acético, muestran
valores máximos de conductividad molar cuando c → 0 (dilución infinita), pero disminuyen
rápidamente a valores bajos cuando aumenta la concentración. Es fácil notar que el gráfico de HCl
no entrega información clara y fidedigna.
Si se compara los datos que se obtuvieron experimentalmente con los datos teóricos de la
conductividad molar a dilución infinita del ácido clorhídrico y de la constante de acidez del ácido
acético, es criterioso señalar que el método utilizado no es perfectamente preciso, sin embargo
sus errores tampoco son extraordinariamente grandes. Estos errores pueden haber sido causados
por diversos factores en la medición, ya sea como el ojo humano o la mala exactitud de los
instrumentos utilizados.
Referencias

Fisicoquímica, Gilbert W. Castellan, Segunda edición, editoral Addison Wesley Longman
pags 846,877

Guía de trabajos prácticos, Físico-Química, Universidad de Concepción, Páginas 42 – 44,
2012.

G. Speight , Lange´s Hand Handbook of Chemistry, , Editorial Mc Graw-hill Book Company,
Pags 5.15, 6.30 y 6.31