3IM70 Equipo 3 Practica 3 Titulacion Conductimetrica Corregida PDF

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Summary

La electroquímica es una rama de la química que estudia la transformación entre la energía eléctrica y la energía química.1​ En otras palabras, las reacciones químicas que se dan en la interfaz de un conductor eléctrico y un conductor iónico pudiendo ser una disolución y en algunos casos especiales,...

Description

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

Departamento de ingeniería Química Industrial !

Titulación Conductimétrica Practica 3 Laboratorio de Electroquímica Nivel III (2021-2) Grupo 3IM70 Equipo 3 sección B Integrantes: Miranda Santiago Magda Cecilia! Monares Téllez Cynthia Berenice Nava Gómez María de Lourdes! Olivera Zarate Omar Javier Palomino Calderón Edson David!

Profesora: M. en C. Blanca Zamora Celis Profesor: Dr. Arturo Manzo Robledo

Fecha de entrega: 11/05/2021

Introducción En esta práctica se determinará mediante el método conductimétrico la concentración de un electrolito por titulación con otra solución de concentración conocida. La conducción de una corriente eléctrica a través de una solución de un electrolito involucra la migración de especies cargadas positivamente hacia el cátodo y especies cargadas negativamente hacia el ánodo. La conductancia de una solución, que es una medida del flujo de corriente que resulta de la aplicación de una fuerza eléctrica dada, depende directamente del número de partículas cargadas que contiene. Todos los iones contribuyen al proceso de conducción, pero la fracción de corriente transportada por cada especie está determinada por su concentración relativa y su movilidad inherente en el medio. Las titulaciones conductimétricas, en las que las mediciones de la conductancia se usan para indicar el punto final de una reacción se puede aplicar a la determinación de una variedad de sustancias. La ventaja principal del punto final conductimétrico es su aplicabilidad a la titulación de soluciones muy diluidas y a sistemas en los que la reacción es relativamente incompleta. Una celda de conductividad contiene dos electrodos de platino, cubiertos con negro de platino, al introducir en una solución electrolítica, se puede medir la resistencia de la solución. Para evitar modificar las concentraciones de las soluciones electrolíticas se usa un electrodo conectado a un equipo con puente de Wheatstone para corriente alterna. Se puede graficar las medidas de conductancia tomadas durante la titulación, para determinar con precisión el punto de equivalencia. Considerando una titulación de un ácido fuerte con una base fuerte, representada en la figura 1 y 2. El valor de la conductancia es alto en la lectura de solución acida punto “A”, conductancia de la muestra, debido a la movilidad de iones hidronio (H3O+), luego conforme se agrega los iones oxhidrilo (OH-) base normalizada, los valores de conductancia en la solución disminuyen. Formándose moléculas de agua formando enlaces de los iones hidronio con los iones oxhidrilo hasta llegar al punto mínimo, que corresponde a la conductividad de anión y catión formadores del ácido y base inicial. Indicando el punto de equivalencia en el cual se ha neutralizado la acides punto “B”, con las adiciones de la base para completar la titulación “C” que generalmente incremente la conductancia debido al aumento de iones oxhidrilo.!

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! FIGURA 2: GRAFICA DE TITULACIÓN CONDUCTIMÉTRICA ACIDO FUERTE-BASE FUERTE

El comportamiento de la titulación de un ácido fuerte con una base débil se muestra en la figura 3 y en la figura 4, después de aplicar la titulación conductimétrica de ácido débil y base fuerte.

! FIGURA 3 ÁCIDO FUERTE-BASE DEBIL

FIGURA 4 GRAFICA DE TITULACION CONDUCTIMETRICA ACIDO DEBIL-BASE FUERTE

Sin embargo, la técnica tiene sus limitaciones. En particular, se hace menos precisa y satisfactoria al aumentar la concentración total de electrolitos. Verdaderamente, el cambio en la conductancia debido al agregado del reactivo titulante puede ser enmascarado considerablemente por altas concentraciones de electrolitos en la solución a titular; en estas circunstancias el método no se puede usar.

OBJETIVOS)ESPECIFICOS •

Construir un gráfico conductancia y volumen.

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• • •

Reconocer y localizar el punto de equilibrio en una gráfica conductimétrica. Calcular el valor de la concentración de una muestra problema utilizando el grafico conductancia y volumen. Calcular la conductancia especifica (k) y la equivalente (Δ) de la muestra.

La conductancia es definida: C =

! "

R = resistencia (ohm) C = conductancia (mho, Ω#! − 1, siemens) Resistencia de un conductor de electricidad: R =

$% &

Ρ = resistencia especifica ( cm) I = longitud del conductor (cm) A = área del conductor (cm' ) Constante de celda: K =

% &

Conductancia especifica: Κ =

( "

Conductancia equivalente: ∆= 1000

) *

K = constante de celda (cm#! ) Κ = conductancia especifica (Ω#! cm#! )

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Δ = conductancia equivalente (cm#! Ω#! g eqv #! ) N = g eq/l

Marco Teórico Conductancia En electroquímica, la conductancia eléctrica es de especial importancia (en comparación con la conductancia térmica). Es la inversa de la resistencia y tiene la unidad "siemens" (S) u "ohmios recíprocos", es decir, la relación entre la corriente y el voltaje terminal. Disminuye con la longitud de la ruta de la corriente y aumenta con el área de un electrodo. La conductancia estimada a partir de la relación entre la corriente y el voltaje es un valor promedio en el supuesto de una distribución de corriente uniforme. Cuando el portador de carga para la conductancia son iones y no electrones, la corriente continua no pasa a través del interfaz del material iónico y un electrodo metálico terminal sin una reacción de transferencia de electrones o cualquier reacción faradaica. Para evitar bloquear la corriente a través de la interfaz, La corriente alterna se utiliza a menudo para medir la corriente o la tensión, aprovechando un condensador difusor de doble capa en la interfaz. La conductimetría es un método analítico no selectivo basado en la monitorización de conductividad de una mezcla física, una solución o un material homogéneo sólido. Este método es ampliamente utilizado para binarias soluciones de electrolitos, particularmente para determinar la solubilidad de un componente. Una modificación de esta, a menudo llamada titulación conductimétrica, es una técnica analítica volumétrica en la que el punto equivalente se determina utilizando un aparato de conductividad. Titulación conductimétrica Método de titulación en el que se mide la conductividad eléctrica de una solución en función del volumen del titulante añadido. El método se basa en la sustitución de una especie iónica del analito con otra especie, correspondiente al valorante o el producto de conductancia significativamente diferente. Por lo tanto, se traza una curva de titulación lineal para obtener el punto final. Este método se puede utilizar para soluciones turbias o de color intenso. No requiere conocer la conductancia específica real de la solución, y solo son necesarios unos pocos puntos de datos alejados del punto final. Esto es para evitar efectos como la hidrólisis o la solubilidad apreciable del producto de reacción que dan lugar a una curvatura en las proximidades del punto final. Constante de celda La conductividad específica de la materia se define como la conductividad medida entre dos placas conductoras (electrodos en medidas de conducción iónica) de 1 cm2 de área 5! !

espaciadas a una distancia de 1 cm (Celda de conductividad). En la construcción práctica, estas especificaciones geométricas no se obtienen fácilmente y la dimensión real puede diferir. Para convertir los datos de conductividad obtenidos con una celda real que tiene diferente dimensión geométrica, se mide con esta celda el efecto de conductividad (X+,- ) de una solución con conductividad específica (X./0) bien conocida. Tomando el valor de referencia X./0, la constante de celda “k” se obtiene mediante k =

1!"# 1$%&

. Posteriormente la

conductividad medida X+,- empleando esta celda se puede convertir fácilmente en conductividades específicas ฀ de acuerdo con X = k ∗ X +,La conductividad de una solución de electrolitos es una propiedad clave. Se mide fácilmente con un dispositivo y su estudio detallado es responsable de gran parte de nuestro conocimiento de las soluciones de electrolitos. La conductividad electrolítica K se calcula a partir de la resistencia de la solución entre dos electrodos, área A y separación S; 1 S k= ∗ R A Por supuesto, los materiales de los electrodos se seleccionan en parte debido a su alta conductividad. Sin embargo, se informan algunos valores para notar la variación de conductividad entre los metales altamente conductores, y algunos otros metales, particularmente Hg, y el grafito relativamente poco conductor. Además, debe tenerse en cuenta la gran diferencia de conductividad entre los materiales de los electrodos y las soluciones de electrolitos y entre las soluciones acuosas y no acuosas. El agua tiene al menos tres características inusuales que se combinan para darle propiedades solventes únicas: I. II.

III.

las moléculas de agua son capaces de unirse a los vecinos y esto conduce a un solvente altamente estructurado se auto ioniza en pequeña medida, de modo que el agua siempre contiene una baja concentración de OH - y H +; quizás, lo que es más importante, puede actuar como aceptor de protones o como donante de protones; y El agua es una molécula pequeña con un dipolo sustancial; por lo tanto, tiende a interactuar electrostáticamente con especies cargadas y es capaz de solvatar la mayoría de los iones. Particularmente con pequeños cationes (por ejemplo, H +, Li + y Na +) la energía libre de hidratación es muy grande.

Es esta propiedad final la responsable de la extensa disociación de la mayoría de las sales en medios acuosos y, por tanto, de las elevadas conductividades. Por otro lado, a altas concentraciones de electrolitos, la conductancia electrolítica no es proporcional a la concentración, y esto se considera para indicar un apareamiento de iones o una asociación de iones múltiples entre especies solvatadas de cargas opuestas. Cambios de Volumen 6! !

Durante una titulación el volumen de la solución crece constantemente; a menos que se corrija la conductancia por este efecto, resultan curvas de titulación no lineales. La corrección puede efectuarse multiplicando la conductancia observada por el factor

(3 '43) , 3'

donde V0 es el volumen inicial de la solución y V es el volumen total del reactivo titulante agregado. La corrección presupone que la conductividad es una función lineal de la dilución; esto es cierto sólo en una primera aproximación. Con el objeto de mantener V pequeño, el reactivo para una titulación conductimétrica es varias veces más concentrado que la solución que se titula. Puede usarse entonces una micro-bureta para agregar el titulante. Curvas de Titulación Las mediciones conductimétricas ofrecen un medio adecuado para la determinación de puntos finales en titulaciones. Para establecer un punto final conductimétrico, se necesitan suficientes mediciones experimentales para definir la curva de titulación. Luego de corregir el cambio de volumen, se grafican los datos de conductancia en función del volumen de reactivo titulante. Posteriormente se extrapolan las dos porciones lineales y se obtiene el punto de equivalencia en la intersección de ambas. Debido a que las reacciones no son absolutamente completas, las curvas de titulación conductimétrica muestran invariablemente desviaciones con relación a la linealidad rigurosa en la región del punto de equivalencia. Las regiones curvas se vuelven más pronunciadas cuando la reacción en cuestión se hace menos favorable y cuando la solución resulta más diluida. Las porciones lineales de la curva se definen mejor a través de mediciones suficientemente alejadas del punto de equivalencia para que el efecto de los iones comunes impulse la reacción más cerca de completarse; las mediciones en la proximidad del punto de equivalencia, a diferencia de los métodos potenciométricos, no tienen ningún significado. Ciertamente, debido a la hidrólisis, disociación, o solubilidad del producto de reacción, los Valores de la conductividad medida en las cercanías del punto de equivalencia no tienen sentido en la construcción del gráfico, dado que la curva será redondeada en una o ambas ramas. En contraste con los métodos potenciométricos o con indicador, que dependen de observaciones en condiciones en las que la reacción es menos completa, el análisis conductimétrico puede emplearse con éxito para titulaciones basadas en equilibrios relativamente desfavorables. En estos casos, la técnica conductimétrica es la más ventajosa. El punto final conductimétrico es completamente inespecífico. Aunque el método es potencialmente adaptable a todos los tipos de reacciones volumétricas, el número de aplicaciones útiles a sistemas de oxidación-reducción es limitado; el exceso sustancial de ion hidronio típicamente necesario para tales reacciones tiende a enmascarar los cambios de conductividad asociados con la reacción volumétrica. ! ! 7! !

Referencias Brunatti, C., & De Napoli, H. (2010). Titulaciones conductimétricas. http://materias.fi.uba.ar/6305/download/Titulaciones%20Conductimetricas.pdf Almeida R. C. A.. (Marzo del 2008). Titulación conductimétrica (acido - base). 11 mayo 2021, de Universidad Nacional del Altiplano Facultad de Ingeniería Química Sitio web: https://www.monografias.com/trabajos59/titulacion-conductimetrica/titulacionconductimetrica2.shtml Bard A. J., Inzelt G., Scholz F.. (July 2012). Electrochemical Dictionary. London, New york: Springer, 2nd Edition pp (111,150,153). Pletcher D., Walsh F. C., (1990). Industrial Science+Business Media, 2nd Edition pp 51.

Electrochemistry.

UK:

Springer

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