UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFacultad de Ingeniera Qumica

I. INTRODUCCION

Laconductometraes un mtodo analtico basado en la conduccin elctrica de los iones en solucin, que se utiliza para medir la molaridadde unadisolucin, determinada por su cargainica, osalina, de gran movilidad entre dos puntos de diferente potencial. La conductividad elctrica es un fenmeno de transporte en el cual lacarga elctrica(en forma deelectroneso iones) se mueve a travs de un sistema.La conductividad elctrica es un fenmeno de transporte en el cual la carga elctrica (en forma de electrones o iones) se mueve a travs de un sistema.La carga fluye porque experimenta una fuerza electromotriz; lo que indica la presencia de un campo elctrico E en un conductor que transporta corriente.La medida de la resistencia elctrica de una solucin es la base para la medida de la conductancia de la misma. Y una alta conductancia nos indicar una fuerte carga inica en la muestra analizada. Luego, nuestra medida se basar en el paso de los iones de la solucin por un campo elctrico atravesando una o varias resistencias, cuya respuesta nos servir de indicador.

II. OBJETIVOS.

Determinar los slidos totales en la muestra (s, ms, ppm)

Determinar la conductividad especifica de un acido dbil a diferentes concentraciones y con las mismas calcular la constante de disociacin del cido.

Determinar el punto de equivalencia de saturacin, acido fuerte base fuerte, cido dbil base fuerte, cidos base fuerte.

III. FUNDAMENTO TEORICO.La conductividad es una variable que se controla en muchos sectores, desde la industria qumica a la agricultura. Esta variable depende de la cantidad de sales disueltas presentes en un lquido y es inversamente proporcional a la resistividad del mismo. La conductividad se define como la capacidad de una sustancia de conducir la corriente elctrica y es lo contrario dela resistencia.La unidad de medicin utilizada comnmente es el Siemens/cm (S/cm), con una magnitud de10 elevado a -6, es decir micro Siemens/cm (S/cm), o en 10 elevado a -3, es decir, mili Siemens (mS/cm).En el caso de medidas en soluciones acuosas, el valor de la conductividad es directamente proporcional a la concentracin de slidos disueltos, por lo tanto, cuanto mayor sea dicha concentracin, mayor ser la conductividad. La relacin entre conductividad y slidos disueltos se expresa, dependiendo de las aplicaciones, con una buena aproximacin por la siguiente regla:

Donde 1 ppm = 1 mg/L es la unidad de medida para slidos disueltosAdems de los normales conductmetros, existen instrumentos que convierten automticamente el valor de conductividad en ppm, ofreciendo directamente las medidas de la concentracin de slidos disueltos.

La conductividad depende de:

N de iones en disolucin La carga inica La movilidad de los iones El disolvente La temperatura

Usos: Medidas de conductividad directa- Valoraciones conductimtricasLas valoraciones conductimtricas se basan en la medida del cambio de la conductancia de una disolucin a medida que se agrega el reactivo valorante. La conductancia de una disolucin vara, entre otros factores, con el nmero, tamao y carga de los iones, por lo que iones diferentes contribuirn en forma diferente a la conductancia de una disolucin. De esta manera, durante una valoracin, la sustitucin de algunas especies inicas por otras producir un cambio en la conductancia, el cual puede ser ventajosamente aprovechado para determinar el punto final de una valoracin. En las valoraciones conductimtricas, la conductancia de la disolucin a valorar se mide luego de la adicin de cantidades determinadas de reactivo valorante. Si se grafican los valores de conductancia en funcin del volumen de valorante agregado, se obtendrn dos rectas dependientes diferentes, de cuya interseccin se podr obtener el punto final de una valoracin..Figura 1. Curva de titulacin conductimtrica de un cido fuerte con una base fuertePor ejemplo, en la Fig. 1 se muestra la grfica de conductancia vs volumen de NaOH agregado durante la valoracin conductimtrica de una disolucin de HCl con NaOH. A medida que se agrega el reactivo valorante (NaOH), los H+ del HCl van siendo consumidos por los OH-para formar agua. Estos H+ son progresivamente sustituidos por iones Na+, los cuales poseen una menor conductancia inica que los H+, y por lo tanto la conductancia de la disolucin disminuye. Luego del punto equivalente, el exceso de iones Na+ y OH- provoca el aumento dela conductancia de la disolucin verificndose la segunda recta que se muestra en la figura. La pendiente de la recta correspondiente a la fase final de la valoracin (ms all del punto equivalente) es menor que la pendiente inicial debido a que la suma de las conductividades inicas del Na+ y el OH- es menor que la correspondiente suma para los iones H+ y Cl-. Asimismo la curva de titulacin conductimtrica de un cido dbil con una base fuerte ser

CONDUCTANCIA ELECTROLTICA Conductancia, LLa ley de Ohm establece que la corriente i que fluye en un conductor es directamente proporcional a la fuerza electromotriz aplicada E, e inversamente proporcional a la resistencia R del conductor:

La conductancia L de una solucin es la inversa de la resistencia elctrica y tiene unidades de ohm-1[-1] o siemens [S]. Es decir,

Conductancia Especfica, kLa conductancia es directamente proporcional a la seccin transversal A e inversamente proporcional a la longitud l de un conductor uniforme; entonces:

donde k es una constante de proporcionalidad llamada conductancia especfica o conductividad. Si estos parmetros se expresan en centmetros, k es la conductancia de un cubo de lquido de 1 cm de lado. Las unidades de la conductancia especfica son -1cm-1. Conductancia Equivalente, La conductancia equivalente se define como la conductancia de un equivalente electroqumico de soluto contenido entre electrodos separados 1 cm. No se especifica ni el volumen de la solucin ni el rea de los electrodos; estos varan para satisfacer las condiciones de la definicin. Por ejemplo, una solucin 1,0 N (1,0 equivalentes por litro) requerir electrodos con reas de 1000 cm2; una solucin 0,1 N necesitar 10.000 cm2 de electrodos.Debido a la dificultad experimental asociada con el uso de tales electrodos relativamente grandes, la conductancia equivalente no se obtiene de mediciones directas. En cambio, se determina indirectamente a partir de datos de conductancia especfica.Para deducir la relacin entre la conductancia equivalente , la conductancia especfica k y la concentracin N, partimos de la definicin de N.Se define la Normalidad N como el nmero de equivalentes electroqumicos por litro de solucin, es decir:

donde V es el volumen de solucin en cm3 contenida entre los electrodos y, por lo tanto, puede expresarse en trminos de las dimensiones de la celda como:

Reemplazando V [cm3] en la ecuacin (4) y despejando A [cm2] resulta,

de la ecuacin (3)

Igualando las ecuaciones (6) y (7)

Segn la definicin de conductancia equivalente, cuando Reemplazando estos valores en la ecuacin (8)

O sea,

La ecuacin (9) permite calcular la conductancia equivalente en -1 a partir del valor experimental de k en -1cm-1 para una solucin de concentracin conocida N en

Conductancia Equivalente a Dilucin Infinita, La conductancia equivalente de una sustancia aumenta a medida que aumenta la dilucin. En la siguiente tabla se muestra el comportamiento del cloruro de sodio, que puede considerarse como un electrolito fuerte tpico.

CONCENTRACIN DE NACL

0,1106,7

0,01118,5

0,001123,7

Dilucin infinitaDilucin infinita 126,4 ()

La variacin de se debe en parte a las fuerzas de atraccin y repulsin que existen entre los iones individuales sodio y cloruro a concentraciones finitas. Si la solucin del electrolito no es infinitamente diluida, los iones se retrasan en su movimiento debido al efecto electrofortico y al efecto de relajacin o asimetra. El efecto electrofortico se debe al movimiento de la atmsfera de iones de carga opuesta que rodean al ion. Esta atmsfera de iones arrastra molculas de solvente; el movimiento del ion es retardado as por el flujo de solvente en sentido opuesto. El efecto de relajacin o asimetra tambin debe su origen al movimiento de la atmsfera inica que rodea a una partcula determinada. Pero, en este caso, el movimiento del ion es retardado por la carga de signo opuesto que se acumula detrs de la partcula en movimiento debido a que la atmsfera inica no tiene tiempo de ajustarse para permanecer distribuida esfricamente alrededor del ion.Para un electrolito fuerte existe una relacin lineal entre la conductancia equivalente y la raz cuadrada de la concentracin. Como puede observarse en la Figura 1, la extrapolacin de esta relacin lineal hasta concentracin cero permite obtener un valor lmite conocido como condunctancia equivalente a dilucin infinita, . Variacin de la conductancia equivalente del NaCl

Para un electrolito dbil, una representacin grfica similar es no lineal, y la evaluacin directa de resulta difcil.A dilucin infinita, las atracciones entre los iones son nulas; la conductancia equivalente de la solucin consiste entonces en la suma de las conductancias equivalentes de cada ion individual. Esto se conoce como ley de Kohlrausch de la migracin independiente de iones y se expresa:

donde y son las conductancias inicas equivalentes del catin y del anin de la sal a dilucin infinita. Las conductancias inicas equivalentes individuales pueden determinarse a partir de otras mediciones electrolticas; en la tabla siguiente se muestran valores de conductancia inica equivalente para algunos iones comunes. Obsrvese que se usan smbolos como 1/2 Mg+2, 1/3 Fe+3,1/2 SO4-2, para enfatizar que las unidades de concentracin estn en equivalentes por litro.

Las diferencias que se observan en la conductancia inica equivalente de las diversas especies se deben principalmente a la diferencia de tamao de los iones y al grado de hidratacin.La conductancia inica equivalente es una medida de la movilidad de un ion bajo la influencia de un campo de fuerzas elctricas, y es por lo tanto, una medida de su capacidad de transporte de corriente. Por ejemplo, las conductancias inicas equivalentes de los iones potasio y cloruro son muy parecidas; por consiguiente, una corriente que atraviesa una solucin de cloruro de potasio ser transportada casi igualmente por las dos especies. La situacin es diferente con el cido clorhdrico; debido a la mayor movilidad del ion hidronio, en una electrlisis, esta especie transporta una fraccin mayor de la corriente

Titulaciones ConductimtricasEl agregado de un electrolito a una solucin de otro electrolito bajo condiciones que no producen un cambio apreciable en el volumen, afectar la conductancia de la solucin dependiendo de si ocurren o no reacciones qumicas. Si no ocurre una reaccin inica, tal como en el agregado de una sal simple a otra (por ejemplo, agregado de cloruro de potasio a una solucin de nitrato de sodio), la conductancia simplemente aumentar. Si ocurre una reaccin inica, la conductancia puede aumentar o disminuir; en efecto, con el agregado de una base a un cido fuerte, la conductancia decrece debido al reemplazo del ion hidrgeno de alta conductividad por otro catin de conductividad ms baja. Este es el principio subyacente en las titulaciones conductimtricas, es decir, la sustitucin de iones con cierta conductividad por iones con diferente conductividad.Consideremos cmo cambiar la conductancia de una solucin de un electrolito fuerte A+ B- luego del agregado de un reactivo C+D-, suponiendo que A+ (que es el analito) reacciona con D- del reactivo titulante. Si el producto de la reaccin AD es escasamente soluble o escasamente ionizado, la reaccin se puede escribir

En la reaccin entre A+ y D-, los iones A+ son reemplazados por C+ durante la titulacin. A medida que avanza la titulacin, la conductancia aumenta o disminuye dependiendo de si la conductancia de C+ es mayor o menor que la de A+. Durante el progreso de la neutralizacin, precipitacin, etc., se pueden esperar, en general, cambios en la conductividad y ello se puede emplear para determinar el punto final. Una titulacin conductimtrica implica la medicin de la conductancia de la muestra luego de sucesivos agregados de reactivo titulante. Se determina el punto final en un grfico de conductancia o conductancia especfica en funcin del volumen de titulante agregado. Estas curvas de titulacin tienen una variedad de formas, dependiendo del sistema qumico en investigacin. En general, sin embargo, estn caracterizadas por porciones de lneas rectas con pendientes diferentes a cada lado del punto de equivalencia.VALORACIN CONDUCTOMTRICA CIDO FUERTE-BASE FUERTELa valoracin por conductimetra correspondiente a la reaccin de un cido y una base fuerte, por ejemplo el HCl y NaOH, se basa en la siguiente reaccin inica:

As, en la valoracin del HCl, al ir apareciendo en la disolucin iones Na+ y por consiguiente desapareciendo H+, ir descendiendo la conductividad de la disolucin hasta llegar a un punto llamado punto de equivalencia o de neutralizacin, en el que la conductividad slo se debe a los iones Cl- y Na+ presentes en el medio. Pero si se sigue aadiendo ms cantidad de base fuerte los iones OH- aparecern en la disolucin, con el consiguiente aumento de la conductancia de la misma. Si se representa grficamente la variacin de conductancia frente al volumen de lcali aadido, la grfica obtenida ser de la forma que aparece en la figura 1 (ABC), en donde el mnimo de conductancia corresponde al punto de neutralizacin del cido fuerte.

Para que el volumen de disolucin a valorar (cido) no cambie apreciablemente, la disolucin valoradora (base) deber ser de mayor concentracin, pues de esta forma la conductancia variar linealmente con respecto al volumen de lcali aadido, excepto en las inmediaciones del punto de equivalencia. En estas condiciones, los datos experimentales obtenidos antes y despus del punto final podrn ajustarse a dos rectas y el punto de equivalencia vendr determinado por la interseccin de ambas rectas, debiendo obtenerse cada una de stas con un mnimo de 4 medidas experimentales de conductancia.

VALORACIN CONDUCTOMTRICA CIDO DBIL-BASE FUERTESi se trata de valorar un cido relativamente dbil, como el cido actico, con una base fuerte, la reaccin que se produce es la siguiente: CH3-COOH + Na+ + OH- CH3-COO- + Na+ + H2OInicialmente se produce un pequeo descenso de la conductancia debido a la pequea cantidad de cido actico disociado, pero luego va aumentando lentamente como consecuencia de la aparicin de iones CH3-COO- y Na+ hasta llegar al punto de neutralizacin, donde se produce un aumento brusco de la conductancia debido a la incorporacin de un exceso de iones OH-. La grfica obtenida al representar conductancia vs volumen de lcali aadido es la A'B'C' de la figura.Para la valoracin de una mezcla de cido fuerte y cido dbil por neutralizacin con una base fuerte, obtendremos 2 puntos de equivalencia, el primero para el cido fuerte, y el segundo para el dbil, ya que primero se observa un fuerte disminucin de la conductancia debido a la neutralizacin del cido fuerte, despus hay un suave aumento hasta la neutralizacin del cido dbil, y finalmente un fuerte aumento de la conductancia, debido a la presencia de exceso de iones OH- en el medio.

Representando grficamente, como en los casos anteriores, conductancias frente a volumen de base fuerte empleada, obtendremos una grfica que presenta los dos puntos de inflexin anteriormente citados, segn se muestra en la figura 2. Finalmente debe tenerse en cuenta que la conductancia especfica k, y la conductancia equivalente de un electrolito viene relacionadas por:

Siendo c la concentracin en equivalentes-gramo/L.

IV. MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS. Conductimetro

Vasos precipitado

Fiola

Probeta

Agua destilada

cido clorhdrico (HCl)

cido actico (CH3COOH)

hidrxido de sodio (NaOH).

V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.Primer grupo: Preparar HCl a 0.2N y %w= 37%, Luego de diluciones sucesivas obtener soluciones de concentraciones 0.01, 0.02, 0.03, 0.04 y 0.05 N. y hallar sus conductividad respectivamente.ConcentracinConductividad molark

0.01427

0.02419

0.03414.666

0.04408

0.05402

Segundo grupo : Acido actico

ConcentracinConductividad molark

0.0117.6

0.0212.1

0.039.66

0.048.2

0.057.46

=-0.0111 m=0.388

Tercer grupo Acetato de sodio ConcentracinConductividad molark

0.0123.1

0.0222.6

0.0322.3

0.0422.025

0.0521.6

VI. CONCLUSIONES.

La conductividad elctrica de una solucin se debe a la contribucin de los cationes y aniones y del nmero de iones presentes. Los electrolitos fuertes poseen mayor conductividad elctrica que los electrolitos dbiles porque se encuentran disociados completamente en la solucin. Para un electrolito dbil; el grado de disociacin aumenta a medida que disminuye la concentracin mientras que para los electrolitos fuertes se cumple que a concentraciones pequeas el coeficiente de actividad media tiende a la unidad.

VII. BIBLIOGRAFIA

CASTELLAN, GILBERT W, Fisicoqumica, Addison Wesley Iberoamericana, Segunda Edicin, 1987

ATKINS, P. W., Fisicoqumica, Addison Wesley Iberoamericana, Tercera Edicin, 1992.

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PONZ MUZZO, GASTON, Tratado de Qumica Fsica, A.F.A, Segunda poca. Primera Edicin, 2000.

23Conductometria