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CONDUCTIVIDAD MOLAR Facultad de Ciencias Naturales, Exactas y de la Educación. Departamento de Química Fecha de Entrega: 31/03/2021 INTRODUCCIÓN La conductividad molar se define como la conductividad de la solución de un electrolito divida por la concentración molar del electrolito, y así mide la eficiencia con la que un electrolito asignado conduce la electricidad en solución. Es decir, la conductividad molar es el poder conductor de todos los iones que se desarrollan al disolver una mol de electrolito en una solución. En la práctica se preparan 5 soluciones a diferentes concentraciones a partir de cloruro de sodio sólido y ácido benzoico 1x10 -3 M respectivamente, a cada una de estas disoluciones se les mide la conductividad molar con el uso de un conductímetro. 1) OBJETIVOS Calcular la constante de equilibrio para una solución iónica por medidas de la conductividad molar. 2) CONCEPTOS TEÓRICOS La conductividad molar de una solución es una medida de la facilidad con la cual la corriente eléctrica fluye a través de la solución. Depende de variables como la temperatura y concentración del soluto. El valor de κ no es una cantidad muy útil para comparar la conductividad de diferentes solutos en soluciones de diferente concentración, esto es debido a que, si una solución de un electrolito tiene mayor concentración que otra, la más concentrada tendrá mayor conductividad por tener más iones. Esto para entenderlo de manera contundente nos basamos en la teoría de Kohlrausch donde introdujo el concepto de conductividad equivalente, la cual es también conocida como conductividad molar (Λm) . Se define Λm como la razón entre la conductividad electrolítica, κ, y la concentración molar, c(molL-1).

Λm =

κ c

(ec 1)

donde el factor 1000 es debido al cambio de unidades de L (dm3) a cm3. [1] Dado que a dilución infinita la atracción iónica es nula, la conductividad molar límite puede ser descripta como la suma de los valores correspondientes a cada ion:

m−¿ −¿ λ °¿ m +¿+ v ¿ (ec 3) +¿+ λ° ¿ Λ °m=v ¿ Donde

+¿ v¿

y

−¿ v¿

es el número de cationes y

aniones que se producen por la disociación de una molécula de electrolito y,

m+ ¿ y λ °¿

La ecuación para Λm que se deberá usar es:

las

conductividades molares límite a diluciones infinitas para el catión y el anión respectivamente. Kohlrausch comprobó experimentalmente que para soluciones muy diluidas de electrolitos fuertes, la Λ °m varía linealmente con la raíz cuadrada de la concentración de acuerdo a:

Λ m = Λ ° m− A √ c

Generalmente la conductividad molar se expresa en (S cm2 mol-1). Como la conductividad, κ se expresa en (Scm-1) y la concentración en (mol L1 ) se introduce un factor de corrección para hacer compatibles las unidades.

m−¿ λ °¿

(ec 4)

donde es la conductividad molar a dilución infinita y A una constante de proporcionalidad que depende de la temperatura, propiedades del medio tales como viscosidad y constante dieléctrica, y de otros parámetros del electrolito como la carga, tamaño de los iones, etc. [2]

−1

Λm =

3 κ (S cm ) k ( S cm−1) d m3 3 1000 c m )(1 d m )( =( ) c mol c(mol L−1) 1 d m3

k 2 −1 Λm =1000 (Sc m mol ) c

(ec 2)

3) DATOS DE LABORATORIO Tabla 1. Resultados obtenidos de conductividad a diferente concentración del NaCl. Concentración de

Conductividad en

Concentración de Conductividad en Ácido benzóico S/cm -5 6,25 x 10 1,657 x 10-4 -4 1,25 x 10 6,430 x 10-4 2,5 x 10-4 1,125 x 10-3 -4 5,0 x 10 2,671 x 10-3 -3 1,0 x 10 7,94 x10-5 *conductividad del agua (0,542 x 10-6 S/cm) A los anteriores valores de conductividad inicialmente se les resta los valores de conductividad del agua que se obtienen en cada conductímetro, además, se ajustan las unidades de conductividad de µS/cm a S/cm. 4) CÁLCULOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS El valor de la conductividad (k) de las tablas 1 y 2, sirven para calcular la conductividad molar haciendo uso de la ecuación 2:

Λm =1000

k c

cm2 mol ) 2,228 x 10−5 Λm =1000 =74,26 ¿ 0,0003 S

De la misma manera, se proceden a hacer los cálculos para el resto de los datos.

Tabla 3. Conductividad molar del cloruro de sodio a diferentes concentraciones. Concentración de NaCl 0,0003 0,0006 0,0025 0,005 0,01

Conductividad molar (S cm2/ mol) 74,26 68,1 56,72 41,36 21,07

Concentración del ácido benzoico 6,25 x 10-5 1,25 x 10-4 2,5 x 10-4 5,0 x 10-4 1,0 x 10-3

Conductividad molar (S cm2/mol) 2651,2 5144 4500 5342 79,4

Ahora se grafican los datos de las tablas 3 y 4. En el eje de las abscisas van a ir las concentraciones de los electrolitos y en el eje de las ordenadas los respectivos valores de la conductividad molar, obteniendo así: Gráfica 1. Conductividad molar vs concentración molar del NaCl (tabla 3) Conductividad molar (S cm2/mol)

Tabla 2. Resultados obtenidos de conductividad a diferente concentración del ácido benzoico.

Tabla 4. Conductividad molar del ácido benzoico a diferentes concentraciones.

Conductividad molar vs Concentración 80 60 40 20 0 0

0

0

0.01

0.01

0.01

0.01

Concentración [M]

Gráfica 2. Conductividad molar vs concentración molar del ácido benzoico (tabla 4).

Conductividad molar vs Concentración Conductividad molar ( S cm2/mol)

NaCl S/cm 0,0003 2,228x10-5 0,0006 4,086x10-5 0,0025 1,418x10-4 0,005 2,068x10-4 0,01 2,107x10-4 *conductividad del agua (2,006 x 10-6 S/cm)

6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0.00E+00

5.00E-04

1.00E-03

1.50E-03

Concentración [M]

El NaCl es un electrolito fuerte, esto nos da a entender que se encuentra completamente ionizado en disolución acuosa por lo que la conductividad molar es directamente proporcional a la concentración de la solución; el lento descenso

de Λm cuando C aumenta (como se observa en la gráfica 1) se debe a que existen atracciones entre los iones de carga opuesta, lo que disminuye la conductividad por ende el comportamiento demostrado.

El grado de dilución aumenta cuanto más diluida está la solución, sin embargo, no se observa esta misma tendencia. Una vez hallados los valores de α se procede a calcular la constante de acidez del ácido benzoico:

Para el gráfico 2, se esperaría un descenso inversamente proporcional de la conductividad molar del ácido benzoico con respecto a las diferentes concentraciones, debido a que el ácido benzoico es un electrolito débil y no se disocia completamente en soluciones acuosas. Las incongruencias en la gráfica se deben a una poca precisión a la hora de preparar las soluciones o a una posible contaminación del electrodo.

Tabla 5. Valores de α y Ka para el ácido benzoico.

Para calcular la constante de acidez del ácido benzoico se procede a realizar una gráfica de 1/Λm vs cΛm y determinar así la conductividad molar a dilución infinita: Gráfica 3. 1/Λm vs cΛm 3

Para el cloruro de sodio no se realiza el anterior procedimiento ya que este se disocia completamente enagua, siendo un electrolito fuerte.

2.5

1/Λm

2 1.5 1

f(x) = − 88.34 x + 1.18 R² = 0.21

0.5 0

Ka [ ] ácido α benzoico 6,25 x 10-5 3122,73 -0,1952 1,25 x 10-4 6058,89 -0,7574 2,5 x 10-4 5300,3 -1,3253 5,0 x 10-4 6292,1 -3,1465 1,0 x 10-3 93,52 -0,0945 Como se observa en la tabla 5 se obtuvieron datos muy incongruentes con lo que se supondría tenía que ser la constante de acidez del ácido benzoico que es de 6,4 x 10-5, aquello se debe a una mal preparación de las soluciones o a un error instrumental en el conductímetro empleado ya que el electrodo de este se pudo haber contaminado en la primera medición.

0

0

0

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

C*Λm

Para los electrolitos fuertes, Kohlrausch encontró que a bajas concentraciones las conductividades molares están dadas por la siguiente relación empírica (electrolitos fuertes, 1:1, a concentraciones bajas) [3]:

Λ m = Λ ° m− A √ c

El intercepto b de la gráfica 3 nos permite calcular la conductividad molar a dilución infinita utilizando la siguiente relación:

mol 1 b=1,1767 = ° 2 Scm Λ m °

Λ m =0,849



S c m2 mol

Ahora es posible calcular el grado de disociación considerando las conductividades molares de cada una de las soluciones del ácido benzoico a diferentes concentraciones (tabla 4), con la siguiente ecuación:

α=

5) CONCLUSIONES



Λm Λ °m 

La constante de acidez se pudo obtener teniendo en cuenta: los valores encontrados de la conductividad molar a diferentes concentraciones, y con la ayuda de gráficas que aportan datos fundamentales para los cálculos, además que nos permiten vislumbrar la tendencia que tendría que seguir un electrolito determinado. Las diferentes gráficas que se obtuvieron permiten observar que el cloruro de sodio y el ácido benzoico no siguen la tendencia que un electrolito fuerte y un electrolito débil respectivamente, deberían seguir. Una incorrecta preparación de las soluciones o por la descalibración de los conductímetros son

los factores causantes de datos incongruentes durante el desarrollo de este informe.

6) BIBLIOGRAFÍA [1].Conductimetría [en línea], [consulta en: 30/03/2021]; Disponible en : http://pbmusc.blogspot.com.co/2013/02/conductivid ad-molar-o-conductividad.html

[2]. Gutiérrez P. J.V., Gallo C. J.A., En Guía de laboratorio de Cinética Química: Conductividad Molar, Universidad del Cauca, Pág. 1-6. [3]. Conductividad de las soluciones electrolíticas [En línea]. [Consulta en: 30/03/2021]; Disponible en: http://ocw.uv.es/ciencias/11/teo_conductividad_nue vo.pdf...