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Laboratorio de Fisicoquimica...

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DPTO. ACAD. DE FISICOQUÍMICA

TABLA DE CONTENIDO Pag. RESUMEN

INTRODUCCION

PRINCIPIOS TEORICOS

DETALLES EXPERIMENTALES

TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES

EJEMPLOS DE CALCULOS

ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFIA

APENDICE

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1. RESUMEN El presente informe tiene como objetivo, determinar la conductividad de algunas soluciones acuosas de electrolitos fuertes y débiles. La práctica se llevó a cabo bajo las siguientes condiciones: una presión de 756 mmHg, una temperatura de 22ºC y una de humedad del 92%. Se prepara una solución de KCl y soluciones de HCl y CH3COOH a diferentes concentraciones, se valora cada una de estas soluciones con una solución de NaOH previamente valorada con Biftalato de potasio. Luego, para poder medir la conductividad eléctrica de cada solución se calibra el instrumento haciendo uso de la solución estándar H17030, luego se procede a medir la conductividad de las diluciones preparadas. Por último se mide de la conductividad de la solución de KCl, el cual se utiliza para hallar la constante de celda que nos dio un valor de 0.9966 cm-1. Se determina la conductividad equivalente a dilución infinita experimental para el HCl a través de una gráfica, su valor es de 366.1 S.cm2/eq, asimismo se halla su valor teórico, 425.95 S.cm2/eq, a todo esto le corresponde un porcentaje de error del 14.05 %.

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2. INTRODUCCIÓN

Desde el punto de vista físico-químico, los conductores más importantes son los del tipo electrolíticos, conocidos como electrolitos. Éstos se distinguen de los conductores electrónicos (por ejemplo: los metales) por el hecho de que el paso de una corriente eléctrica va acompañada por el transporte de materia. Existen dos grupos de conductores electrolíticos, el primero está conformado por sustancias puras (por ejemplo: las sales fundidas) y el segundo por disoluciones. De éste último los ejemplos más completamente estudiados son disoluciones de ácidos, bases y sales en agua. Fueron los trabajos realizados por Ostwald, Van’t Hoff, Kohlrausch, Arrhenius y otros autores los que iniciaron este importante capítulo en la química-física. El conocimiento que ya se posee acerca de las moléculas como unidades independientes y libres, no es base adecuada para comprender unos sistemas, en los que partículas con carga eléctrica están sumergidas en un medio, que se encuentra muy lejos de ser inerte. Se van a ser consideradas las herramientas que permitan evaluar las magnitudes que se obtienen al medir la facilidad con la que una corriente eléctrica pasa a través de una disolución, esto ocurre cuando la carga es arrastrada por el movimiento de aniones (cargados negativamente) y cationes (cargados positivamente) y esta movilidad, es lo que justamente se tratará de cuantificar y relacionar con la conductividad eléctrica de las soluciones.

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3. PRINCIPIOS TEÓRICOS 3.1 SOLUCIONES ELECTROLITICAS Se llaman soluciones electrolíticas a todas aquellas en las que el soluto se encuentra disuelto en el solvente formando iones. Las soluciones de electrolitos tienen propiedades coligativas con valores mayores que los correspondientes a su concentración molar. Los electrolitos son sustancias que en solución acuosa o como sales fundidas conducen la corriente eléctrica. Pueden ser ácidos, HCl, H2SO4, CH3COOH, bases NaOH, Ba(OH)2, NH4OH o sales CH3COONa, NaCl (la sal conduce a 802°C porque se funde) Además, las reacciones de los electrolitos son más rápidas que las de otros reactivos. Los electrolitos en solución, se dividen en iones de signo contrario, la carga de cada ión es igual a su valencia y el número total de cargas positivas y negativas en la solución son iguales. En los compuestos iónicos los iones existen en todo momento, aún en estado sólido, por eso, cuando se funden los cristales iónicos, los iones también quedan libres para conducir la corriente. Al disolverse en agua los iones se separan de la red cristalina y, se hidratan, son rodeados por moléculas de agua, entonces cada ión queda como una partícula individual.

3.2 CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA La conductancia es la habilidad de conducir la corriente eléctrica a través de un conductor:

sólido

(metales)

o

de

las

soluciones de electrolitos. Los conductores electrolíticos, en las cuales la electricidad es transportada en la solución por los iones, debido al potencial eléctrico aplicado, los iones positivos se mueven en sentido de la corriente y los iones negativos en sentido opuesto; de esto resulta que el paso de la corriente eléctrica va acompañada por una transferencia de materia que se manifiesta por los cambios de concentración en la disolución y por la deposición o disolución del material en los puntos donde la corriente entre y sale (electrodos); por tanto se efectúa un proceso químico. Los conductores electrolíticos conducen mejor la corriente eléctrica a

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mayor temperatura; porque los iones pueden moverse más rápidamente a través de la solución porque disminuye la viscosidad de la solución, al mismo tiempo que disminuye la capacidad de solvatación del solvente. El avance en el estudio de las soluciones electrolíticas se originó debido al estudio de medidas de la conductancia eléctrica y al estudio de las propiedades coligativas de las soluciones. El hecho de que las disoluciones electrolíticas conduzcan la corriente eléctrica, aporta la evidencia más inmediata de la existencia de los iones que son capaces de movimientos independientes. Estudios más detallados de la conducción de electricidad por estas disoluciones da información más detallada sobre el número y grado de independencia de los iones. La conductividad es la inversa de la resistividad; por tanto:

L= 1/R (ohm-1 o siemen (S)) 3.3 CONDUCTIVIDAD ESPECÍFICA La conductividad o conductancia específica (k) se define como la conductividad en Siemens de 1 cm3 de líquido a la temperatura de 25ºC. Es la suma de las contribuciones de conductividad de todos los iones presentes en la solución y depende: a) De la concentración iónica total. b) De la velocidad que se mueven los iones por la influencia de una fuerza electromotriz. c) De la temperatura de la solución. El valor de la conductividad se obtiene a partir de:

k = L (l/A) 3.4 CONDUCTIVIDAD EQUIVALENTE Es la conductividad de un equivalente de soluto contenido entre dos electrodos colocados a la distancia de i cm (no se especifica el volumen de la solución ni el área de los electrodos es igual al producto de la conductividad (k) por el número de centímetros cúbicos que contiene un peso equivalente-gramo del electrolito es decir por 1000 / N, donde N es la normalidad de la solución o número de equivalente-gramo de soluto por litro de solución; por consiguiente:

Λ=

1000 x K N

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3.5 CONDUCTIVIDAD EQUIVALENTE A DILUCION INFINITA El aumento de la conductividad equivalente de todas las soluciones electrolíticas tiende hacia un límite al crecer la dilución esto implica que una mayor dilución no cambia el valor de la conductividad equivalente y no que sea la del disolvente puro, es decir a dilución infinita el efecto salino desaparece y las interferencias entre iones se anulan; es decir cada ión se mueve libremente sin importar la presencia de los otros y todos los iones conducen la corriente eléctrica; entonces la conductividad de las soluciones consiste en la suma de todas las conductancias iónicas equivalentes individuales. En estas condiciones la conductividad equivalente límite de un electrolito (Λ∞), será igual a la suma de conductividad iónica equivalente de su catión (λ+) y la conductividad iónica equivalente de su anión (λ-):

Λ∞ = λ+ + λLa importancia de las medidas de conductividad, tales como: a) Control de la pureza del agua destilada. b) Control de aguas de uso doméstico, agrícola e industrial. c) Determinación de residuos de ácidos, de bases, o electrolitos. d) Determinación de parámetros químicos como: Ka, Kb, Kps, Kf, y el grado de disociación de electrolitos.

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4. DETALLES EXPERIMENTALES 4.1 MATERIALES Y REACTIVOS a) Materiales - Conductimétrico - Erlenmeyers de 250 mL - Pipetas - Fiolas - Bureta - Probeta

b) Reactivos - NaOH aprox. 0.01 N - HCl aprox. 0.05 N - HAc aprox. 0.05 N - KCl QP - Fenolftaleína - Solución estándar - Biftalato de potasio

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4.2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 4.2.1 Preparación de soluciones a) Se preparó 100 mL de solución KCl 0.01M. b) Se preparó 250 mL de soluciones 0.01, 0.002 y 0.00064 N, tanto de HAc. como HCl a partir de la solución 0.05 N de cada una de ellas. c) Se valoró las soluciones de NaOH, HCl y HAc. proporcionadas, asi como las diluciones preparadas en b) y para la soda se utilizó biftalato de potasio como patrón primario. 4.2.2 Calibración del aparato a) En una probeta adecuada limpia y seca, se vertió una cantidad necesaria de solución estándar HI7030 b) Se lavó el electrodo con agua destilada y se secó. c) Se sumergió el electrodo y se realizó movimientos rotacionales con la finalidad de eliminar las burbujas de aire atrapadas en la celda. d) Se encendió el instrumento y con la perilla correspondiente se ajustó el valor de la conductividad a la temperatura correspondiente, luego de eso se regresó la solución al frasco. 4.2.3 Lectura de conductividad de las soluciones a) Se colocó en la probeta 30 mL de la solución de KCl, se introdujo el electrodo limpio y seco cuidando que no queden burbujas atrapadas y luego se descartó la solución. b) Sin enjuagar la probeta se colocó una nueva porción de solución y se repitió el procedimiento de eliminación de burbujas. Se eligió un rango adecuado de conductividad. c) Después de completar la lectura, se apagó el instrumento y el electrodo se lavó y secó. d) Se repitió todo el procedimiento para las soluciones de HCl y HAc preparadas.

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5. TABULACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES TABLA Nº1: Condiciones experimentales de laboratorio Presión (mmHg)

Temperatura (ºC)

HR (%)

756

22

92

TABLA Nº2: Datos para la preparación de una solución de KCl 0,01M. Volumen (mL) MasaKCl (g)

100 0,0745

TABLA Nº3: Concentración de las soluciones proporcionadas. NNaOH NCH3COOH NHCl

0,011 N 0,062 N 0,058 N

TABLA Nº4: Conductividad de las soluciones. NCH3COOH (N) 0,014 0,0027 0,00088

L(uS) 215 95,5 51,6

NHCl (N) 0,0108 0,00234 0,000702

L(uS) 4,02 0,81 0,25

TABLA Nº 5: Datos para la gráfica de HCl Conductividad equivalente (Scm2eq-1) 15.305 35.250 58.437

√N 1.1832x10-1 5.1962x10-2 2.9665x10-2

TABLA Nº6: Datos para la gráfica de HAc Conductividad equivalente (Scm2eq-1) 370.96

√N 1.0392x10-1

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344.98 354.91

1 Λ

(S-1cm-2eq) 370.96 344.98 354.91

4.874x10-2 2.6495x10-2

Nx Λ(Scm2) 1.0392x10-1 4.874x10-2 2.6495x10-2

7. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

- Se valoró las soluciones dadas ya que no tenían el valor de la concentración mencionada. - La medición de la dependencia de las conductividades molares con respecto a la concentración demuestra que hay dos clases de electrolitos. En una, los electrolitos fuertes, la conductividad molar disminuye ligeramente cuando aumenta la concentración, pero el efecto no es grande. En la otra, los electrolitos débiles, la conductividad molar es normal a concentraciones próximas a cero, pero cae rápidamente a valores bajos cuando la concentración se aleja de cero.

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- En el electrolito débil se observa que la gráfica corresponde a una curva entonces para hallar la conductividad molar a disolución infinita no se puede hallar porque no se puede extrapolar, para poder hallarla se necesita graficar en función a la Ley de dilución de Oswalt.

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES - La conductividad eléctrica nos indica si un electrolito se disocia completamente o parcialmente. - La conductividad eléctrica es proporcional al número de iones disueltos en la disolución o mejor dicho al número de cationes o aniones presentes en dicha disolución. - Lavar y secar correctamente los electrodos para asi poder realizar mediciones adecuadas de conductividad de las soluciones. - También se debe eliminar las burbujas presentes en la solución para mediciones correctas.

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9. BIBLIOGRAFÍA

- Atkins, Fisicoquímica, editorial Addison-Wesley Iberoamericana, S.A.

- Maron y Pruton, Fundamentos de la Fisicoquímica, editorial Limusa S.A, 2010

- http://www.uprh.edu/inieves/w_CONDUCTANCIA-.html.

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10. APÉNDICE

10.1 CUESTIONARIO 1. Describa las diferencias del mecanismo de la conducción por iones hidrogeno del mecanismo de los otros iones. Las moléculas de agua tienen una ligera tendencia a ionizarse reversiblemente para proporcionar un ion hidrógeno (protón) y un ión hidroxilo, dando el equilibrio: H 2O

↔ H+ + OH-

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Aunque normalmente se muestra el producto de disociación del agua como H+, los protones libres no existen en disolución. Los iones hidrógeno formados en el agua son inmediatamente hidratados a iones hidronio (H3O+). La hidratación de los protones disociados es virtualmente instantánea gracias a los puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua. Ningún protón individual se mueve muy lejos a través del volumen de la disolución, pero una serie de saltos de protones entre moléculas de agua unidas por puentes de hidrógeno produce el movimiento neto de un protón a una gran distancia en un tiempo notablemente corto. Como resultado de la elevada movilidad neta del H+, las reacciones ácido-base en disolución acuosa son, en general, excepcionalmente rápidas. El resultado del salto de protones: un protón posee un movimiento neto a gran velocidad y a una gran distancia. El salto de protones explica la elevada movilidad iónica de los iones H+ comparada con otros cationes monovalentes como el Na+ o el K+. Está basado en la asunción de que no es un solo protón específico moviéndose de una molécula a otra, sino que el salto de un protón en la ruta de puentes de hidrógeno provoca el salto del siguiente protón de la ruta y, por ende, la escisión de un enlace covalente O-H por cada salto. El salto de protones también desempeña un papel en las reacciones biológicas de transferencia de electrones.

2.- Describa y proponga un método experimental para un sistema homologo que aplique los objetivos de loas práctica. Basado en el principio de conductividad

eléctrica de

soluciones acuosas, permite conocer exacta

la de

concentración anticongelante

presente en una disolución refrigerante,

incluso

para

disoluciones inferiores a 0 ºC. Dicho dispositivo de medida (1) comprende un sensor de

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temperatura (2); un sensor de conductividad (3) eléctrica, un microcontrolador (4) adaptado para la determinación de la concentración de anticongelante a partir de los valores obtenidos por el sensor de temperatura (2) y sensor de conductividad (3); una interfaz de usuario (5), dotado preferentemente de teclado (6) y pantalla (7), mediante la cual es posible calibrar el dispositivo de medida (1) para diferentes disoluciones refrigerantes, y conocer distintos parámetros de la disolución; y una fuente de alimentación (8) que proporciona energía eléctrica a los componentes arriba citados del dispositivo de medida (1). .3.- Adjunte y comente brevemente una publicación científica indexada de los últimos 5 años en referencia al estudio realizado.

CORRELACIÓN ESPACIAL ENTRE MALAS HIERBAS EN UNA PRADERA Y SU RELACIÓN CON LA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA APARENTE DEL SUELO (CEA) El objetivo de este trabajo fue evaluar la ecología y la correlación lineal y espacial entre malas hierbas de una pradera y su relación con la conductividad eléctrica aparente del suelo (CEa, mS m-1). La toma de muestras se hizo los días: 23/06/2008 (CEa) y el 24/06/2008 (malas hierbas). Los datos fueron analizados por medio de estadística clásica y de herramientas de geoestadística. La mayoría de los datos presentaron distribución de frecuencia logarítmica, siendo necesaria la utilización del krigeado residual. Se encontraron bajos valores de correlación para las medidas de CEa con las mediciones de malas hierbas en el área de estudio, estando las mismas influidas por el relieve del área. Los mapas de variabilidad espacial mostraron que existía relación entre las malas hierbas y los valores de CEa (CEa-V y CEa-H), principalmente con relación al número de especies de malas hierbas, ya que hay un aumento del número de especies cuando se produce disminución de los valores de CEa. Los mapas de variabilidad espacial para las malas hierbas demuestran la dominancia de ciertas especies y el endemismo de otras....