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Grado en Ingeniería Eléctrica Práctica 3

CONDUCTIVIDAD DE LAS DISOLUCIONES Grupo 112

Nombre de los alumnos: Realizado el 29/10/19

1.- OBJETIVOS DE LA EXPERIENCIA La experiencia realizada en laboratorio y objeto de dicha memoria tiene por finalidad: 

Medida de la conductividad de disoluciones de cloruro de sodio (NaCl) en agua.



Medida de la conductividad de disoluciones de glucosa (C6H12O6) en agua.



Medida de la conductividad del ácido acético (CH3 COOH) en agua.



Relacionar los resultados con la naturaleza de sus enlaces.

2.- APARATOS, MATERIALES Y REACTIVOS Los materiales empleados son: APARATAJE -

1 Balanza granatario de precisión ±0.1 g

-

1 Agitador magnético

-

1 Conductímetro portátil

MATERIAL DIVERSO -

1 Pipeta aforada de 10 ml.

-

1 Imán revestido de teflón.

-

1 Vaso de 100 ml de precipitado.

-

1 Espátula de plástico.

-

17 Recipientes de plástico de 100 ml.

-

1 Pipeteador para la pipeta de 10 ml.

-

1 Matraz aforado de 100 ml.

-

1 navecilla pesasustancias.

-

1 frasco lavador.

-

1 pipeta de plástico pasteur

-

1 Varilla de Vidrio para agitar.

REACTIVOS -

Agua destilada

-

Cloruro sódico

-

Ácido acético 1 Molar

-

Glucosa

3.- NORMATIVA DE SEGURIDAD Se debe hacer uso en todo momento de bata, gafas de seguridad y guantes, ya que vamos a trabajar con materiales tóxicos y corrosivos, por lo cual es conveniente tener cierta precaución respecto a dichos materiales. No obstante, en esta práctica vamos a utilizar sustancias inofensivas para el ser humano como es la glucosa (C6H12O6) y el cloruro sódico (NaCl), por lo que las protecciones

corporales nos servirán únicamente para evitar manchas en nuestra vestimenta o que nos salpique un poco de cloruro sódico en los ojos, lo cual debe ser un tanto molesto. Recomendaciones: -

Debido a que la conductividad depende de la temperatura, ésta debe ser mantenida lo más constante posible para una buena medición de todas las soluciones bajo ese rango y evitar los posibles errores.

-

El agua destilada en la práctica debe ser la más pura posible, ya que al momento de hacer el lavado de los electrodos, si esta tiene aún presencia de electrolitos, mediante el lavado, puede que el equipo haga una mala medida por el contacto que hubo entre los iones del agua destilada.

4.- METODO EXPERIMENTAL 4.1. MEDIDA DE LA CONDUCTIVIDAD DE CLORURO SÓDICO. Lo primero que debemos de hacer es calcular la cantidad necesaria de NaCl para preparar 100 ml de disolución de NaCl 0,1M. Pesamos la cantidad calculada en la balanza y con la ayuda de una varilla de vidrio lo disolvemos en un vaso de precipitado de 100 ml en el que hemos añadido alrededor de 40 ml de agua destilada. Una vez disuelto, lo introducimos en un matraz aforado de 100 ml para su total disolución, recogiendo los restos de NaCl en el vaso de precipitado. Enrasamos los 100 ml con la ayuda de una pipeta Pasteur, agitamos el matraz y terminada esta operación vaciamos la disolución en un frasco de plástico de 100 ml, identificándolo como NaCl 0,1 M. Es de vital importancia limpiar muy bien el vaso de precipitados antes de hacer la siguiente disolución. Ahora, para hallar la disolución 0,01 molar lo que hacemos es coger con la pipeta limpia 10 ml de la primera disolución de 0,1 molar, introducirlo en el matraz aforado y enrasar a 100 ml con agua destilada. Se agita para su total disolución y se vacía la disolución en un frasco de plástico de 100 ml, identificándolo como NaCl 0,01 M. Repetimos este proceso para hallar las disoluciones 0,001 y 0,0001 molar. Tendremos así pues preparadas 4 disoluciones de NaCl de concentración 10-4 M, 10-3 M, 10-2 M y 10-1 M. Preparamos ahora un recipiente más con solo agua destilada, cuya conductividad mediremos en primer lugar. Para medir la conductividad del agua destilada y de las disoluciones, usaremos un conductímetro previamente calibrado. Se coloca el recipiente del agua destilada o de la disolución sobre el agitador magnético, se introduce el imán revestido de teflón y se comienza la agitación. Introducimos ahora el conductímetro de forma que el sensor no toque el imán, esperamos hasta que el resultado que muestra la pantalla se estabilice y apuntamos el resultado en la tabla de datos. La medida de las disoluciones de realizará de menor a mayor concentración. La última medida de conductividad a realizar será la del agua del grifo. En cada una de las medidas limpiar perfectamente el sensor del conductímetro con abundante agua destilada y se seca cuidadosamente, pues pueden quedar restos de sal

y distorsionar la siguiente toma de datos. Así pues, quedaría finalizada la medida de conductividad del cloruro de sodio en las diferentes disoluciones.

4.2. MEDIDA DE LA CONDUCTIVIDAD DE LA GLUCOSA. El proceso que hay que seguir es prácticamente idéntico al anterior a excepción, claro está, de los diferentes pesos moleculares y, por lo tanto, las diferentes masas de glucosa que habremos de introducir para hallar todas las disoluciones. Dado que la glucosa no es conductora de la electricidad, sea la concentración que sea ya que sus átomos están unidos por enlaces covalentes, la conductividad será cero. No obstante, realizamos el procedimiento descrito anteriormente para medir la conductividad en una disolución de glucosa 0,1 M, de tal forma que se compruebe que el valor de ésta es cero, siendo innecesario así por tanto, realizar la medición para el resto de las disoluciones de concentración 10-4 M, 10-3 M y 10-2 M.

4.3 MEDIDA DE LA CONDUCTIVIDAD DEL ACIDO ACÉTICO. El proceso que hay que seguir es prácticamente idéntico a los anteriores, pero en este caso se nos da ya preparada la disolución de ácido acético 0,1 M, por lo que tomamos directamente con la ayuda de la pipeta 10 ml de disolución y se introducen en el matraz aforado. Enrasamos los 100 ml con la ayuda de una pipeta Pasteur, agitamos el matraz y terminada esta operación vaciamos la disolución en un frasco de plástico de 100 ml, identificándolo como HAc 0,1 M. Repetimos este proceso para hallar las disoluciones 10-4 M, 10-3 M y 10-2 M. Tendremos así pues preparadas 4 disoluciones de ácido acético. Preparamos ahora un recipiente más con solo agua destilada, cuya conductividad mediremos en primer lugar. Para medir la conductividad del agua destilada y de las disoluciones, usaremos un conductímetro previamente calibrado. Se coloca el recipiente del agua destilada o de la disolución sobre el agitador magnético, se introduce el imán revestido de teflón y se comienza la agitación. Introducimos ahora el conductímetro de forma que el sensor no toque el imán, esperamos hasta que el resultado que muestra la pantalla se estabilice y apuntamos el resultado en la tabla de datos. La medida de las disoluciones de realizará de menor a mayor concentración En cada una de las medidas limpiar perfectamente el sensor del conductímetro con abundante agua destilada y se seca cuidadosamente, pues pueden quedar restos de sal y distorsionar la siguiente toma de datos. Así pues, quedaría finalizada la medida de conductividad del ácido acético en las diferentes disoluciones.

5.- OBSERVACIONES, DATOS Y GRAFICOS Observaciones: En la siguiente imagen se muestra la gráfica de las conductividades de las diferentes sustancias, donde se puede observar para la glucosa, por lógica, que para todos los valores de x la función dará 0, ya que ésta no es conductora de la electricidad sea la concentración molar que sea. La glucosa tiene un enlace covalente y cuando se disuelve en agua la movilidad de sus electrones sigue siendo nula. Para el cloruro sódico (NaCl) nos sale una gráfica bien diferente, ya que esta sustancia sí que es conductora de la electricidad, ya que como sabemos es una sustancia iónica que, al ser disuelta en agua, se disocia (se separan los cationes y aniones) además, el movimiento de estos iones genera una corriente eléctrica. En el caso del ácido acético, observamos que éste tampoco es conductor, ya que se trata de un electrolito débil, de modo que la agrupación de iones que se forman en su disolución son mínimos.

Conductividad NaCl

HAc

Glucosa

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0,0001

0,001

0,01

0,1

Se sabe que el agua destilada por sí sola no tiene conductividad eléctrica y esto es debido a la poca movilidad de los electrones que existe al tratarse de un enlace covalente.

6.- CALCULOS Antes de comenzar a realizar las operaciones necesarias en el laboratorio, se debe de calcular la masa necesaria de cada sustancia para preparar 100 ml de disoluciones 0,1 M de NaCl y C6H12O6, ya que la disolución de ácido acético se nos da ya preparada, tal y como se ha explicado en el método experimental. Para ello emplearemos la fórmula que se indica a continuación:

𝒈 𝑷𝑴 𝑴= 𝑳 Así pues, calculamos el peso molecular del NaCl y obtenemos los gramos a pesar de dicha sustancia: PM NaCl = 23 + 35,5 = 58,5 L = 0,1 litros M = 0,1 Siendo g= 0,58 gramos de NaCl. Calculamos el peso molecular de la glucosa C6H12O6 y obtenemos los gramos a pesar de dicha sustancia: PM C6H12O6 = 6·12+1·12+6·16 = 180 L = 0,1 litros M = 0,1 Siendo g= 1,8 gramos de NaCl.

7.- CONLUSIONES Para medir la conductividad, se utiliza corriente alterna, para así evitar la electrólisis. La conductividad de una solución de un electrolito fuerte a baja concentración sigue la ley de Kohlraus, al disociarse completamente. El grado de disociación de los iones aumenta con la dilución, es por eso que en una dilución infinita la conductividad infinita depende de la temperatura a la que se trabaja, ya que a mayor temperatura, aumentará. La conductividad disminuye a medida que la concentración aumenta. La conductividad disminuye con el tamaño del ión.

8.- RESPUESTA AL CUESTIONARIO 1.

Con la tabla de datos representar el logaritmo decimal de la conductividad del NaCl (siempre en el eje de las ordenadas eje Y) frente al logaritmo decimal de la concentración de las disoluciones de NaCl (siempre en el eje de las abscisas eje X), obtener la recta de calibrado, la ecuación de la recta y su R2.

NaCl

4,00

y = 0,8296x + 4,607 R² = 0,9703

3,50 3,00

2,00 1,50

Lg K

2,50

1,00 0,50 -5

-4,5

-4

-3,5

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

0,00 -0,5 0

Lg C

Con la ayuda de nuestra recta de calibrado obtenida en el punto anterior. Calcular la concentración de la muestra problema de NaCl, y anotarla en la tabla. Para calcular la concentración de la disolución problema de cloruro sódico lo que tenemos que hacer es coger la ecuación que hemos calculado antes para la conductividad del cloruro sódico y, sabiendo que la x es la concentración de la disolución (lo que queremos obtener) y con el valor de la conductividad eléctrica de dicha disolución que es 69 µS/cm, sustituimos en la función que hemos calculado: Lg 69 = 0,8296x + 4,607. Por tanto x = log C = -3,33 Molar

Calcular, con ayuda de la recta de calibrado anterior, la conductividad de la disolución de NaCl a concentración cero. Puesto que como se ha dicho anteriormente, “x” corresponde al valor de la concentración de la disolución, si ésta es cero, la conductividad normal será igual a la conductividad molar límite, la cual corresponde a la ordenada en el origen de la recta de calibración. Así pues: Lg K = 0,8296·0 + 4,607 = 4,607, por tanto K = 100,18 µs/cm

2.

Representar con los datos de la tabla la conductividad molar (siempre en el eje de las ordenadas eje Y) frente a la raíz cuadrada de la concentración de las disoluciones de NaCl y del Ácido acético (siempre en el eje de las abscisas eje X). Comparar la gráfica del NaCl con la gráfica del HAc. Cual el electrolito fuerte.

HAc

NaCl 180000

100000

160000

90000 80000

140000

70000 60000

100000

ꓥm

ꓥm

120000

50000

80000 40000 60000

30000

40000

20000

20000

10000

0

0 0

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

0

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

√C

√C El electrolito fuerte es el NaCl.

Obtener para el NaCl la recta de calibrado, la ecuación de la recta y su R2.

ꓥm

NaCl 180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0

y = -379135x + 167240 R² = 0,8934 0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

√C Calcular con ayuda de la recta de calibrado anterior la conductividad molar de la disolución de NaCl a concentración cero ꓥ0m. Puesto que sabemos que ꓥ0m corresponde a la ordenada en el origen, tendremos que el valor de ésta es 167240 S·m·mol-1

3.

Que unidades tiene la Conductividad Molar (ꓥm).

En el SI son S·m·mol-1 4.

Calcular el factor numérico f.

Es 1. 5.

Calcular las conductividades molares (ꓥm) de todas las disoluciones.

Aplicamos la Ley de Kohlrausch para el cálculo de las conductividades molares, ya que sabemos a través de la recta de calibrado, el valor de la pendiente y el valor de ꓥ0m.

Para el caso del NaCl tendremos que: X = -379135

ꓥ0m = 167240 Así pues, aplicando la fórmula para las diferentes concentraciones:

√C

ꓥm (S·cm/mol)

0,01 0,032 0,10 0,32

171031,35 179372,32 205153,5 288563,2

Para el caso del HAc, calcularemos en primer lugar el valor de la pendiente y de ꓥ0m

ꓥm

HAc 100000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0

y = -207428x + 62875 R² = 0,5967

0

0,05

0,1

0,15

√C Donde vemos que: X = -207428

ꓥ0m = 62875

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

Así pues, aplicando la fórmula para las diferentes concentraciones:

√C 0,01 0,032 0,10 0,32

6.

ꓥm (S·cm/mol) 62875 64949,28 69512,696 83617,8

Buscar y adjuntar las fichas de seguridad de los reactivos usados. Si el reactivo ya se usó en otra experiencia no hace falta adjuntarlo.

Se adjuntan las fichas de seguridad de los diferentes reactivos.

TABLA RESUMEN [C] mol/L

lg [C]

[C]1/2

H2O

10-3 M NaCl 10-2 M 10-1 M 10-4 M 10-3 M 10-2 M 10-1 M 10-4 M HAc CH3COOH

10-3 M 10-2 M 10-1 M

problema NaCl

lg K

m

906

10-4 M

C6H12O6

S/cm 0

H2 O grifo

Glucosa

K

4,67 10-4 M

-4 -3 -2 -1

-4 -3 -2 -1 -4 -3 -2 -1

-3,33

0,01

14

1,15

171031,35

0,032

167

2,22

179372,32

0,10

1468

3,16

205153,5

0,32

+4000

3,60

288563,2

0,01

0

0

0

0,032

0

0

0

0,10

0

0

0

0,32

0

0

0

0,01

9

0,95

62875

0,032

45

1,65

64949,28

0,10

157

2,20

69512,69

0,32

497

2,70

83617,8

0,022

69

4,607...