Relatório - Determinação de Condutividade de soluções PDF

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Relatório de Aula Prática...

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Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais Unidade Contagem Laboratório de Fisico-Química

CAmb

Determinação da condutividade de soluções

Professor: Grupo:

Contagem, 15 de maio de 2017. Introdução Os compostos inorgânicos não possuem o carbono coordenado em cadeias e possuem quatro grupos principais: ácidos, bases, sais e óxidos. Já os compostos orgânicos são aqueles que contêm Carbono, Hidrogênio e secundariamente Oxigênio, Nitrogênio e Halogênios. Já os compostos orgânicos são moleculares e geralmente não ionizam quando dissolvidos em água, ou seja, a solução aquosa da maioria desses compostos não conduz eletricidade, pois não existem elétrons livres para o transporte de corrente elétrica. Existem algumas exceções como o ácido acético, acetato de sódio e o ácido etanoico. Os compostos inorgânicos, formados por ligações iônicas, ligações em que há transferência definitiva de elétrons entre os íons que estão ligados por meio de forças eletrostáticas muito intensas que fazem com que sejam formados cristais. Em meio aquoso, ocorre a liberação de seus íons, que são os responsáveis pela condução da eletricidade. No estado sólido, eles não são condutores porque a estrutura rígida do cristal não permite a livre movimentação de íons. Para que haja a formação de uma solução é preciso que as moléculas do solvente envolvam as moléculas do soluto por meio de interações intermoleculares, este processo é denominado solvatação. Em compostos iônicos, ela ocorre da seguinte maneira: NaCl(s) +H2O → Na+(aq) + Cl-(aq) Nós obtemos dois íons (cátions e ânions) que interagem com as áreas polares da molécula de água. Esta interação é mais forte do que as forças de ligação dos íons de Na+ e Cl-, e capaz de quebra-las. Considerando que a molécula de água tem como elemento mais eletronegativo o oxigênio, portando a sua localização na molécula será o polo negativo, e que as cargas opostas irão interagir, microscopicamente as solução estará representada desta forma:

https://educacao.uol.com.br/disciplinas/quimica/solubilidade-2-solucoes-saturadas-insaturadas-polaridade-e-interacao.htm

As moléculas de água (vermelho e azul) envolveram os íons de NaCl, de forma que a área mais positiva da água interagisse com o íon negativo do composto (Cl-) e a área mais negativa interagisse com o íon positivo (Na +). Já nos compostos moleculares as interações se dão de forma diferente para a formação de uma solução. Como elas não produzem íons ao entrar em contato com a água, ocorre apenas a interação destas moléculas sem que haja a quebra. Neste caso, o processo de solvatação envolve a molécula por completo. Temos como bom exemplo a interação do etanol com a água, este possui uma ligação de hidrogênio, que possibilita a interação desta molécula com as moléculas de água da seguinte forma:

http://www.ebah.com.br/content/ABAAAejrIAE/relatorio-quimica

As partes polares dessas moléculas interagem com as partes polares da água, formando uma solução.

A grandeza condutividade serve basicamente para nos dizer a respeito do caráter elétrico do material, o que seria a sua capacidade de conduzir uma corrente elétrica. Os fatores que alteram esta grandeza são: 

Temperatura: A excitação térmica dos átomos é proporcional à temperatura;



Impurezas: Entre as impurezas, as mais significativas estão aquelas de caráter isolante, uma vez que estas impossibilitarão a condutividade do material;



Campos eletromagnéticos: Eles alteram o fluxo das correntes elétricas;



Frequência: Quanto maior a frequência, maior será a corrente elétrica através de um condutor.

Para medirmos a condutividade de amostras em um laboratório, utiliza-se o medidor de condutividade ou condutivímetro, que é utilizado em medições que necessitam de precisão, sendo extremamente importante a calibração deste aparelho após aquisição, antes e após qualquer manutenção. São três os condutivímetros mais comuns: 

Condutivímetro de bancada: Realiza a medição de condutividade em Siemens/cm ou Siemens/m. Seu uso é feito em indústrias eletrônicas ou químicas, controle de qualidade da agua, entre outros.



Condutivímetro de Bolso: Utilizado em laboratório ou direto em indústrias principalmente para controle de qualidade e medição de pureza de águas. Por ter um tamanho relativamente pequeno, é mais versátil.



Condutivímetro Portátil: Apresenta alta precisão e seu uso pode ser feito tanto no laboratório quanto em outros campos principalmente para controle de qualidade de água, processamento de alimentos, etc.

Objetivos 

Medir a condutividade de diferentes soluções aquosas.

Materiais utilizados 

7 béqueres de 25 ml;



1 béquer de 100 ml;



1 béquer de 250 ml;



1 proveta de 50 ml;



1 condutivímetro;



1 vidro relógio;



Água deionizada;



Água da torneira;



Etanol;



Solução de NaCl;



Solução de CaCl2;



Solução de HCl;



Solução de NaOH.

Metodologia 

Calibramos o condutivímetro com uma solução padrão já conhecida pelo mesmo;



Lavamos o medidor com água deionizada deixando-a escorrer no béquer de 250 ml;



Enumeramos de 1 a 7 e enchemos os béqueres, cada qual, com sua solução: água da torneira, água deionizada, NaCl, CaCl2, água + etanol, HCl e NaOH, respectivamente;



Medimos a condução elétrica e a temperatura de cada uma das soluções aquosas, inserindo o medidor e lavando-o após cada procedimento;



Medimos cerca de 30 ml de NaOH e HCl na proveta e transferimos ambos para o béquer de 100 ml;



Repetimos o procedimento de medição para a nova solução;



Ao final da prática, lavamos todo o material utilizado.

Resultados e Discussão Solução

Condutividade

Água da torneira Água deionizada NaCl 0,01mol/L CaCl20,01mol/L Água + Etanol HCl 0,4mol/L NaOH 0,4mol/L HCl + NaOH (0,4mol/L)

100,9μS/cm 9,521μS/cm 1018 μS/cm 1694 μS/cm 34,43 μS/cm 163,1 mS/cm 83,05mS/cm

Temperatura °C 26,3 26,1 26,3 26,2 25,8 26,2 26

35,09mS/cm

27

Analisando os valores de condutividade obtidos a partir das medidas, obtemos que: 1. A água da torneira e a água deionizada possuem valores muito distintos mesmo sendo o mesmo elemento (H 2O). Isto se dá pela presença de íons na água da torneira, uma vez que ela contém flúor, potássio, sódio, cálcio, magnésio na forma de sulfatos, cloretos, carbonatos e bicarbonatos. Já a água deionizada é utilizada como isolante, pois a sua condutividade é muito baixa, dado que ela não possui íons livres como a água da torneira, logo não há forma das cargas se movimentarem criando uma corrente elétrica. 2. O NaCl e o CaCl2possuem a mesma concentração, mas a condutividade é diferente. Isto ocorre, porque mesmo que as soluções possuam 0,01 mol de quantidade de matéria os íons formados são diferentes. Vejamos: 



NaCl(s)

Na+ + Cl-(aq)

0,010,01

0,01 mols de íons.

CaCl2(s)

Ca2+ + 2Cl-(aq)

0,01

0,01

0,02 mols de íons.

Como observado, ao dissociarmos estes compostos iônicos obtemos massas diferentes de íons produzidos, uma vez que o CaCl 2irá produzir uma quantidade maior, com maior massa. Quanto mais cargas em uma solução, maior será a sua capacidade de conduzir eletricidade. 3. Água + Etanol forma uma mistura heterogênea de um composto molecular com água, o que não provoca a formação de cargas. Como a presença de cargas livres é quase insignificante, a condutividade desta solução será muito baixa e ele não conduzirá corrente elétrica. 4. Quando adicionamos HCl na água obtemos a formação de íons, uma vez que ele se ionizará por completo devido ao fato de ser um ácido forte. Exemplo:

HCl

H+ + Cl-(aq)

Foi utilizada no experimento uma solução cuja concentração era de 0,4mol/L, logo a concentração de íons será a mesma para cada uma das cargas. O composto é formado por dois átomos que possuem tamanhos muito diferentes devido a massa, e gerou duas cargas capazes de conduzir uma corrente elétrica. Utilizamos também uma solução de NaOH 0,4 mol/L, ela é uma base forte e tende a se dissociar por completo em meio aquoso. Exemplo:

NaOH(s)

Na+ + OH-(aq)

Como na dissociação do NaOH os átomos de O e H permanecem juntos a carga negativa será bem maior, e como ela é maior ela se torna mais difícil de se locomover para formar a corrente elétrica. Embora as duas tenham concentrações iguais a solução de HCl terá mais condutividade, uma vez que suas cargas são menores, possuindo maior mobilidade.

5. Quando misturamos uma solução de HCl a uma de Naoh obtemos a seguinte reação:

NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O Como adicionamos um ácido e uma base forte, ocorre uma reação de neutralização bastante significativa. As cargas de NaCl são maiores e com menor mobilidade, formando correntes mais dificilmente. Como esta solução de NaCl que se formou está em maior concentração do que a primeira, a sua condutividade é maior, mas mesmo assim é menor do que a condutividade no NaOH e HCl separados. 6. Obtivemos resultados em mS (mili-Siemens) e μS (micro-Siemens), de acordo com essas unidades temos que a proporção entre elas é de 1mS para 1000μS. Ao observamos os valores obtidos podemos perceber que as soluções que eram menos concentradas estavam dadas em μS, o que significa que quando maior a concentração de uma solução que possui cargas, maior será a sua condutividade.

http://s3.amazonaws.com/magoo/ABAAABFJ4AH-4.jpg

Conclusão Esse experimento mostra a importância de se conhecer a condutividade das soluções com que se vai trabalhar, visto que soluções com o mesmo elemento químico podem apresentar condutividade diferentes dependendo das outras

substancias que estão presentes na solução como o que acontece com a água da torneira e a água deionizada. Essa diferença de condutividade também é presente em substancias com concentrações iguais, já que a formas das moléculas são diferentes. Esses tipos de coisas são importantes pois conseguimos saber a quantidade de íons livres nas soluções, como por exemplo a de ácidos fortes como o HCl ou de soluções fracas que quase não possuem íons livres como a mistura do etanol e da água.

Referências Bibliográficas Disponível em:...