5too Informe de Fico

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO LAB. DE FISICO-QUIMICA FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS 5to Informe ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

Facultad de Ingeniera Industrial y de SistemasESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

QUINTO INFORME DE LABORATORIO“CONDUCTIVIDAD”

Curso : Físico-química

Profesor : Mg. Oswaldo Camasi Pariona

Ciclo : III

Integrantes

Bellavista, 10 de Agosto del 2008


OBJETIVOS

Determinación de la conductividad específica y conductividad

equivalente de soluciones

Determinación del grado de disociación y la constante de

equilibrio de ácidos débiles por mediciones de

conductimétria.

FUNDAMENTO TEORICO


Uno de los problemas teóricos fundamentales en electroquímica es

explicar como las soluciones de electrolitos conducen la corriente

eléctrica.

Se sabe que los conductores metálicos obedecen la ley de Ohm:

REI

Donde:

I: Es la intensidad de corriente (amperios)

E: la fuerza electromotriz o diferencia de potencial eléctrico (voltios)

R: constante de proporcionalidad, llamada resistencia (ohmios)

y la resistencia R, depende de las dimensiones del conductor:

AlR

Donde:

l: longitud

A: área de la sección transversal : resistencia específica o resistividad

Las soluciones electrolíticas cumplen la ley de Ohm, que los

conductores metálicos.

El reciproco de la Ec. (2), viene ser

lA

R 11


Donde:

1/R: conductancia (mhos o ohms-1)

1/ : conductancia específica o conductividad (Ls) mhos cm -1 o

ohmc-1 cm-1

A: área de los electrodos planos paralelos (cm2)

l: distancia entre electrodos (cm) o sea:

lALsL

CONDUCTANCIA

Facilidad que tienen las soluciones electrolíticas de dejar pasar la

corriente eléctrica.

CONDUCTANCIA ESPECÍFICA

Es la facilidad con que una columna de 1cm de altura y 1cm2 de

sección transversal, de solución electrolítica deja pasar la corriente.

La conducción eléctrica en las soluciones depende de la

concentración de los iones y también de la naturaleza de estos

(según su carga y movilidad) y la conductancia como función de la

concertación varía según la condición fuerte o débil de los

electrolitos.

Los conductores electrolíticos se vuelven mejores conductores al

elevarse la temperatura, ya que los iones pueden moverse a través

de la solución más rápidamente a temperaturas mas elevadas


cuando la viscosidad es menor y hay menos solvatación de los

iones.

CONDUCTANCIA EQUIVALENTE )(

Es la conductancia real de un volumen de solución que contiene un

peso equivalente del soluto entre electrodos paralelos con un cm.

de separación y un campo eléctrico uniforme entre ellos.

Si llamamos: V al volumen en cm3, de solución que contiene 1 peso

equivalente de soluto.

LsV

Si la solución mantiene una normalidad N

NV 1000

Sustituyendo en la ec. (4):

NLs1000

: mhos cm2 equiv.-1

CONSTANTE DE CELDA (K)


Las celdas de conductancia usuales no satisfacen los

requerimientos para la determinación directa de la conductancia

específica, pero es posible determinar el valor de una constante y

factor característico K, denominado constante de celda, tal que:

KLsL /Donde:

1/ KlA

O sea que:

LLsK

ECUACION DE KOHLRAUSCHSobre las bases de sus conductividades, podemos distinguir dos

clases de electrolitos:

1) Electrolitos fuertesTales como los ácidos: clorhídrico, nítrico y sulfúrico y sus sales

que tienen conductividad equivalente alta, la cual aumenta

moderadamente con el aumento de dilución.

2) Electrolitos débilesTales como el ácido acético y otros ácidos orgánicos y amoniaco

acuoso tienen conductividades equivalentes muy bajas a altas

concentraciones, pero estas aumentan grandemente con el

incremento de dilución.


De acuerdo a este comportamiento al graficar, 2/1Cvs , solamente

es posible la extrapolación para el caso de los electrolitos fuertes,

obteniéndose la ecuación lineal.

2/1ACo ……. (8) Ec. de Kohlrausch

En donde:

o : ordenada en el origen (constante)

: pendiente de la recta

Es definida como la conductancia equivalente a dilución infinita y

es el valor de extrapolado a concertación cero.

LEY DE KOHLRAUSCHLa conductancia equivalente a dilución infinita del electrolito es la

suma de dos términos independientes, uno característico del catión

y el otro del anión. Así: ooo

En donde:

2/1C


0 : conductancia equivalente a dilución infinita del catión0 : conductancia equivalente a dilución infinita del anión

La ley de Kohlrausch es útil para determinar la conductancia

equivalente a dilución infinita, de un electrolito débil, ya que en este

caso la conductancia equivalente a dilución infinita no puede

determinarse por extrapolación directa.


APARATOS Y MATERIALES

Conductímetro modelo

Celda de conductividad

Termostato

Pinzas y soportes

Fiola de 100 ml.

Cinco fiolas de 250 ml

Una bureta de 10 ml

Tubo especial para maestros.

REACTIVOS

1. Solución 0.01M de KCl

2. Solución 0.1M de HCl

3. Solución 0.1M de CH3COOH

4. Solución 0.1M de NaCl

5. Solución 0.1M de CH3COOHNa


PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Este seguro que el conductimetro este en su correcto selecto de

voltaje (220V) y conéctelo a la línea de fuerza. Poner el switch en

la posición de encendido “ON” y dejar que el instrumento se

caliente, mínimo por 30 minutos. Seguidamente note la celda de

conductividad y conecte. Colocar el swictch de medida calibrado en

la posición de calibrado y normalizar el conductimetro y normalizar

el conductrimetro con agua de conductividad.

AGUA CONDUCTIVIDAD._El agua destilada de uso común no

sirve para este experimento por que tiene elevada conductancia

producida por el CO2 disuelto procedente del aire. Este C02 se

elimina hirviendo el agua destilada y colocándola, mientras esta

muy caliente, en un frasco, que es lleno totalmente y se tapa con

un capuchón. También puede utilizarse agua destilada pasado por

una resina de intercambio iónico para desionizarla.

Luego se procede a medir las conductancias con sumo cuidado y

precaución, calibrando para cada medición, habiéndose colocado

antes el switch de medida calibrado en la posición de medida

(importante: iniciar la medición por el valor más alto de

conductancia.)


SOLUCIONES:

1) -0.01M KCl

2) -0.1M HCl

3) -0.01M HCl

4) -0.001M HCl

5) -0.1M CH3COOCH

6) –0.01M CH3COOCH

7) -0.001M CH3COOCH

8) -0.1M NaCl

9) -0.01M NaCl

10) -0.001M NaCl

11) -0.1M NaAc

12) -0.01M NaAc

13) -0.001 NaAc


PROCEDIMIENTO DE DILUCION

Se lava la fiola de 100 ml. y la bureta de 10 ml. y se enjuagan con

agua de conductividad.

Se enjuaga la fiola y la bureta con dos o tres pequeñas porciones

de la solución madre.

Se toma 10 ml. de la solución madre y se agregan mediante la

bureta a la fiola y se completa a 100ml. con agua de conductividad

y se mezclan bien de esta forma se tiene una solución 0.1 (solución

madre) las operaciones descritas se repiten para obtener las

diluciones necesarias, lo que ha de hacerse con todo cuidado por

que los errores de dilución se acumulan.

NOTA: Antes de cada medición enjuagar la celda de conductividad

con una porción de la solución, cuya conductancia se va a

determinar.

Cuando, no use la celda de conductividad, debe ser guardada en

agua destilada limpia.

si se ha de guardar por largo tiempo, es conveniente guardarlo

seco, después de enjuagarlo con sumo cuidado con agua

destilada.


CALCULOS

Para determinar la constante de celda, se busca la

conductividad especifica para el KCL 0.01M, en la tabla.

Y con la conductancia medida, utilizando la ecuación (7).

Determinar Ls y para cada una de las 12 soluciones

restantes, con el auxilio de las ecuaciones (7) y (6),

respectivamente.

Graficar vs C1/2 para los electrolitos fuertes y determinar

por extrapolación .

Con estos valores calcular , para el HAc.

Calcular para el HAc, mediante la ecuación (11).

Calcular Kc para el HAc, según la ecuación (12).

Hallar la ecuación de Kohlrausch.

Hallar la ecuación de Onsager.


INFORME:

1. Calcular la constante de celda.

2. Tabular las conductancias de las doce disoluciones.

3. Tabular las conductancias específicas

4. Conductancias equivalentes para las doce disoluciones.

5. Calcular para el HAc, HCl, NaAc y NaCl.

6. Calcular para el HAc

7. determinación del para el HAc ( del gráfico )

8. Calcular Kc para el HAc.

9. Determinar la ecuación de Onsager.


CALCULOS

1.- Para determinar la constante de celda.

Calculo de la constante de celda (K):

Ls = Conductancia especifica = 1.413 ohm-1cm-1x10-3

L = Conductancia = 1.32 ohm-1x10-3

2.- Conductancias de las soluciones:

CONCENTRACIONCONDUCTANCIA

KCl(milímetros)

HCl (milímetros)

NH4Cl (milímetros)

CH3COOH (micrómetros)

0.1 M 9.15 36.1 9.1 87

0.01 M 1.32 11.8 1.37 84.5

0.001 M 0.21 1.75 0.23 78

3.- Determinar Conductancias específicas Ls.


Ls

Solucion 0.1 M 0.01M 0.001M

KCl 9.79 1.4129 0.0014

HCl 38.6434 12.6318 0.2248

NH4Cl 9.74113 1.4664 1.8732

CH3COOH 93.123 90.453 83.495

Nota:1 milimho = 10-3 ohm-1

1 micromho = 10-6 ohm-1

4.- Determinar Conductancias equivalentes

donde:

Solucion 0.1 M 0.01M 0.001M

KCl 97.900 141.29 224.8

HCl 386.434 1263.18 1873.2

NH4Cl 97.4113 146.64 246.2

CH3COOH 0.93123 9.0453 83.495


5.- Graficar vs C1/2 para los electrolitos fuertes y determinar por extrapolación . Conductancia equivalente a dilución infinita ( )

Grafico 1:Para el KCl:

X =C1/2 Y= 0.316 97.900

0.1 141.29

0.031 224.8

Para el CH3COOH:

X =C1/2 Y= 0.316 0.93123

0.1 9.0453

0.031 83.495

Grafico 2:Para el HCl:

X =C1/2 Y= 0.316 386.434

0.1 1263.18

0.031 1873.2

Para el CH3COOH:

X =C1/2 Y=


0.316 0.93123

0.1 9.0453

0.031 83.495

Se oberva que:

Para el KCl:

Para el HCl:

Para el CH3COOH:

ya que:

Segun la tabla:


Catión Anión

H+ 349.8 OH- 197.8

Na+ 50.11 Cl- 76.35

K+ 73.52 NO3 - 71.44

Ag+ 61.92 CH3COO- 40.9

NH4+ 73.4 ½ SO4-- 80.0

½ Ca ++ 59.50 ½ C2O4-- 24.0

Con estos valores calcularemos , para el HAc.

6.- Calcular el grado de disociación para el HAc, mediante la ecuación (11).

Par el CH3COOH:


8.- Calcular Kc para el HAc.

9.- Hallar la ecuación de Onsager para el HAc.



CONCLUSIONES

La conductancia y la conductancia específica nos permiten

determinar la constante de celda, la cual nos brindara el cálculo

de las conductancias específicas para cada una de las 12

soluciones estudiadas (cuatro compuestos a tres

concentraciones distintas).

La conductancia equivalente, en la cual se considera (N=M), nos

permitirá poder hallar la conductancia equivalente a dilución

infinita ya sea a través de extrapolación, por medio grafico para

electrolitos fuertes o utilizando la ecuación de Kohlrausch para

los electrolitos débiles.

El grado de disociación planteado por Arrhenius, es aplicable

para electrolitos débiles, ya que para los electrolitos fuertes su

disociación es prácticamente total.

La constante de equilibrio de un electrolito débil que se va a

disociar, es la razón de la concentración que se va a producir y la

concentración disociada.

En la ecuación de Onsager, aplicable a soluciones diluidas, que

poseen concentraciones menores a 0.02M, interviene la

expresión , la cual es una constante que depende de las

conductancias iónicas equivalentes a dilución infinita.


BIBLIOGRAFIA

1. MOORE, Walter J. “Physical Chemistry” fourth edition,

Longmans Geen and Co. Ltd. London, 1962, p.323.

2. Castellan, Gilbert W. “Pshysical Chemistry” (first edition).

Aderson Wesley Publishing Company, Inc.Tokyo, 1964,

p.584.

3. Shoemaker, David P, Garland, Carld W., “Experimentos de

Fisico-Quimica” la ed.en español, Union Tipografica ed.

Hispano-americana. Mexico, 1968, p.253.


PREGUNTAS Y PROBLEMAS

1.- Se conectan en serie tres células para electrodeposición. Las tes con soluciones de (NO3)2Cu, NO3Ag y (SO4)3Cr2 , respectivamente. Si en la primera célula se deposita 1 g de Cu. Calcule el peso de Plata y Cromo depositado a la vez en cada una de las otras células.

Dada la 2da ley de Faraday:

donde:

Nota: En este caso es el número de electrones

transferidos.

Según el problema:

(NO3)2Cu Cu+2 + 2(NO3)-

NO3Ag Ag+3 + 3NO-

(SO4)3Cr2 Cu+3 + 3 (SO4)-


Aplicando la 2da ley de Faraday:

Entonces:

2.- Suponga que los metales siguientes pueden depositarse en las celulas cuando se aplica a través de la celula un voltaje de 1.85 voltios y se usa una corriente de 150 amperios. Si el costo de la electricidad es 0.23 centavos por Kw-h, ¿Cuanto deberá costar producir 1 Kg. de cada uno de los siguientes metales?

a) Pb a partir de (NO3)2Pb.b) Cu a partir de Cl2Cu.c) Cd a partir de (NO3)2Cd.d) Pt a partir de PtCl4.

El problema plantea que el costo de electricidad es de S/. 0.23 por

Kw/h, lo cual expresa potencia eléctrica. expresémoslo como

intensidad; se sabe que:

donde: V=voltaje

I=Intensidad de corriente eléctrica en

A(amperios)

Además: 1Kw=1000w


Entonces:

Ahora nos hace falta conocer que intensidad es suficiente para

producir un Kilogramo de cada compuesto:

Segun la 1ra ley de Faraday:

donde:

I : intensidad de corriente

m: masa en gramos

t : tiempo en segundos

Nota: En este caso es el número de electrones

transferidos.

a) Pb a partir de (NO3)2Pb.

(NO3)2Pb Pb+2 + 2(NO3)-

Aplicando la 1ra ley de Faraday:


Si: S/. 0.23 540.54 A

X 258.74 A

Entonces producir 1 Kg. de Pb a partir de (NO3)2Pb cuesta S/. 0.11

b) Cu a partir de Cl2Cu.

Cl2Cu Cu+2 + 2Cl-


Si: S/. 0.23 540.54 A

X 843.65 A

Entonces producir 1 Kg. de Cu a partir de Cl2Cu cuesta S/. 0.36

c) Cd a partir de (NO3)2Cd.


(NO3)2Cd Cd+2 + 2(NO3)-


Si: S/. 0.23 540.54 A

X 476.92 A

Entonces producir 1 Kg. de Cd a partir de (NO3)2Cd cuesta S/. 0.20

d) Pt a partir de PtCl4.

PtCl4 Pt+4 + 4Cl-


Si: S/. 0.23 540.54 A

X 994.01 A


Entonces producir 1 Kg. de Pt a partir de PtCl4 cuesta S/. 0.42

3) A 25oC una celda llena con solución KCl 0.01 normal ofrecía una resistencia de 484.0 ohmios. En la misma celda con soluciones de NaCl se obtuvieron a 25oC los datos siguientes:

Normalidad Resistencia (ohmios)

0.0005 10.910

0.0010 5.494

0.0020 2.772

0.0050 1.129

a) Calcular para el NaCl en cada concentración.

b) Evaluar 0 graficando contra C y extrapolando a dilución

infinita.

Para los datos proporcionados por el problema realizamos el

siguiente planteamiento:

Sabemos que: ohmR 484

Dado que la solución de cloruro de potasio (KCl) presenta 0.01

norma, podemos afirmar que su conductancia específica (Ls) será:

113104129.1 cmohmLs

Reemplazando, con el KCl, para hallar la constante de celda:

LsRk


484104129.1 3 k

68384.0k

Conseguimos la siguiente tabla para el NaCl:

N (normal) R (ohm)Ls=K/R (

11 cmohm )

=1000Ls/N)( 112 equivohmcm

C

0.0005 10.910 0.06268 125360 0.02236

0.0010 5.494 0.12447 124470 0.03162

0.0020 2.772 0.24669 123345 0.04472

0.0050 1.129 0.60570 121140 0.07071

4) A partir de las condiciones equivalentes a dilución infinita siguientes tomadas a 18ºC, encontrar el valor para NH4OH:

2OHBa :

2BaCl : 3.1200

ClNH 4 : 8.1290

Dada la siguiente relación:


Para el caso particular del NH4OH, tenemos que:

OHNHOHNH 44 )(0

8.228))((0 2

OHBaOHBa

3.120))((0 2

ClBaClBa

9.12944 )(0 ClNHClNH

ClNHOHBaClNHOHBa 442 )(0))((0

ClNHOHBa 49.1298.228

ClNHOHBa 47.358

OHNHClBa 47.358

)(0))((0 427.358 OHNHClBa


)(0 43.1207.358 OHNH

3.283)(0 4 OHNH

5) A 25oC , la conductividad especifica de soluciones de amoniaco a diferentes concentraciones son :

mohmLS41022.1

1

0.0109N

mohmLS4

2 1022.1 0.0219N

Calcular el grado de disociación para ambas concentraciones y el valor de la constante de disociación.

Primero trabajemos con la solucion dada a una concentración de 0.0109N.

OHNHNH 43

Como se cumple que: N=MPara la solución: 0.0109N=0.0109M

11234

1 0109.0101022.11000

equivaohmcmS

1121 0111926.0 equivaohmcmS

Hallando el grado de disociación :( 1 )


0

1

S……1

hallando : 0

1.1995.73

5.73

40

40

43

NH

NH

OHNHNH

equivaohmcmNHNH 1240400 6.272

EN …(1):510105869.4

hallando constante de disociación: 1ck

111

43

_0109.0

OHNHNH

entonces

1

21

0109.01

ck

remplazando 1 :

1ck =1.55248x 710


Ahora trabajemos con la solución dada a una concentración de 0.0219N

OHNHNH 43

Como se cumple que: N=MPara la solución con 0.0219N=0.0219M

1121000 equivaohmcmMLS

S

11234

2 0219.0101023.11000

equivaohmcmS

112-3

2 105.616438= equivaohmcmS

hallando el grado de disociación :( 2 )

0

2

S……1

hallando : 0

1.1995.73

5.73

40

40

43

NH

NH

OHNHNH


equivaohmcmNHNH 1240400 6.272 EN…1

510063220.2

hallando constante de disociación: 2ck

222

43

_0219.0

OHNHNH

2

22

0219.02

ck

810940148.12

ck

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