1- OBJETIVOS

Este experimento prático teve como objetivos:

Utilizar adequadamente um condutivímetro; determinar a condutividade de um eletrólito forte (KCl) e de um e de um eletrólito fraco (CH3COOH) a diversas concentrações e calcular o grau de dissociação e a constante de dissociação de eletrólitos fracos.

Teve também por objetivo, inserir a condutividade como um parâmetro para o desenvolvimento de analises titrimétricas.

2- INTRODUÇÃO:

Medidor de condutividade ou condutivímetro é um material de laboratório que permite a medição de condutividade de diversas amostras. O condutivímetro é muito utilizado em medições que necessitem de precisão, o medidor de condutividade tem como vantagem a indicação e compensação automática de temperatura (de 0 °C a 100 °C).

Basicamente, existem três tipos de medidor de condutividade:

Condutivímetro de bancada – Possibilita a medição de condutividade em Siemens por centímetro ou Siemens por metro, sólidos dissolvidos, salinidade ou temperatura de determinada amostra. Este tipo de medidor de condutividade é geralmente utilizado em indústrias eletrônicas, químicas, controle de qualidade de água, formulações ou soluções.

Condutivímetro de Bolso – Material de laboratório utilizado principalmente para controle de qualidade, medição de pureza de águas destiladas, desmineralizada, deionizadas ou osmosificadas tanto em laboratório ou diretamente em instalações industriais. Devido ao tamanho reduzido, este medidor de condutividade pode ser utilizado fora do laboratório, em águas de lavagem de circuitos impressos, controle de água em baterias ou em qualquer indústria que utilize água destilada.

Condutivímetro Portátil – Este tipo de medidor de condutividade pode ser utilizado em campo ou no laboratório. Por apresentar alta precisão, permite a medição de condutividade, sólidos dissolvidos, e temperatura da amostra. Pode ser usado em controle de qualidade de água, soluções ou formulações, processamento de alimentos, cosméticos, entre outros.

Lembrando que como qualquer outro material de laboratório, o condutivímetro deve passar por calibração após a aquisição, antes e após qualquer manutenção.

A unidade utilizada pelo sistema internacional é o Siemens por centímetro, que na pratica é chamado apenas por Siemens. Grande parte das medições estão na escala dos microSiemens (µS) ou miliSiemens (mS).

A medição da condutividade em fluidos depende de alguns fatores, como:

• Concentração iônica;

• Tipos de íons presentes em solução (mobilidade);

• Temperatura e

• Dimensões da célula condutimétrica.

Basicamente, a célula consiste em duas placas metálicas que são fixadas e montadas em material isolante, que pode ser vidro ou plástico. Serve para delinear um pequeno volume constante do líquido e torna a medição da condutividade independente do volume total da amostra e da proximidade de superfícies ou paredes dos tanques ou tubulações. Os eletrodos são construídos de metal, geralmente platina, e são revestidas por um depósito eletrolítico de negro de platina. Isso limita os efeitos da polarização.

A medição da condutividade baseia-se na intensidade da corrente elétrica que circula entre os eletrodos, localizados na célula de medição, que são imersos na solução que se deseja medir. A célula é conectada ao condutivímetro, que aplica um potencial a esses eletrodos e efetua o tratamento do sinal.

Alguns condutivímetros permitem a conexão de duas células e fornecem leituras diferenciais ou independentes.

Os condutivímetros e as células de medição devem ser calibrados com substâncias padrão antes de serem usados.

A calibração pode ser realizada utilizando-se soluções de valores conhecidos, que são preparadas em laboratórios.

Durante uma medição, a célula deve ser escolhida de modo a trabalhar dentro de suas especificações de temperatura e pressão e deve resistir à agressividade do ambiente que a cerca e deve estar livre da presença de sólidos.

Para medir a condutividade de uma solução, ela é colocada numa célula que dispõe de um par de eletrodos de platina firmemente fixados numa posição. Em geral é muito difícil medir com precisão a área dos eletrodos e o afastamento entre eles, de modo que quando se desejam valores exatos da condutividade, é necessário determinar a constante (K) da célula, mediante a calibração com uma solução cuja condutividade seja conhecida com exatidão, neste procedimento utilizou-se a solução padrão de KCl que apresenta maior grau de solubilidade, é estável e apresenta alto grau de ionização. A constante (K) mais utilizada é equivalente a 1.

As medições se fazem pela ligação da célula a um medidor de condutividade, que fornece à célula uma corrente alternada, com a qual fica reduzida a possibilidade de eletrólise. Ao medidor também fica acoplado um sensor de temperatura, este sensor corrige, automaticamente as medições de condutividade ao valor de 25ºC, que é a temperatura na qual o aparelho está calibrado (VOGEL, 1992). Em soluções, faz-se necessário corrigir a condutividade observada, por meio da subtração da condutividade do solvente utilizado para preparar as soluções. Além disto, para considerar o efeito da concentração, utiliza-se a condutividade molar (Λm).

A condutividade molar de um eletrólito se define como a condutividade devido a 1 mol de eletrólito e se aproxima do limite quando aumentamos a diluição (UNICAMP, 2009). Nas soluções eletrolíticas, os íons positivos (cátions) e negativos (ânions) estão livres e movimentam-se, sendo os responsáveis pelo transporte de carga e consequentemente pelas propriedades condutoras das soluções eletrolíticas. A capacidade que a solução tem para conduzir a corrente elétrica é determinada pelo tipo e número de íons presentes na solução, bem como pela natureza do solvente. A resistência à passagem de corrente elétrica (R) é definida de um modo análogo à dos condutores sólidos, isto é, pela Lei de Ohm. A resistência R é uma propriedade extensiva, e a grandeza intensiva correspondente é a resistividade ou resistência específica (ρ). A resistividade ρ é uma característica do material que constituí a amostra. A condutividade k é definida como inverso da resistividade (DQB, 2006/2007). A condutância de uma amostra é o inverso de sua resistência. A resistência é medida em ohm (Ω), de forma que a condutância é medida em Ω-1, unidade conhecida como Siemens (S), S = Ω-1. A resistência aumenta proporcionalmente ao aumento de comprimento da amostra, I, e diminui de forma inversamente proporcional à sua área transversal, A (UNICAMP, 2009). A condutância de uma solução eletrolítica em qualquer temperatura depende somente dos íons presentes e das respectivas concentrações. Quando a solução for diluída, a condutância diminuirá, pois os íons presentes, para conduzirem a corrente, estarão em menos número. Se uma solução for colocada entre dois eletrodos paralelos, separados por 1 cm, e suficientemente grandes para conter entre eles todo o volume da solução, a condutância aumentará à medida que a solução for diluída. Isto se deve, em grande parte, nos eletrólitos fortes, à diminuição dos efeitos inter-iônicos, e nos eletrólitos fracos, ao aumento do grau de dissociação. Nos eletrólitos fortes, a condutividade molar cresce quando a diluição cresce, mas parece tender a um valor limite conhecido como condutividade molar a diluição infinita. A grandeza Λ pode ser determinada pela extrapolação gráfica dos dados de condutividade molar de soluções diluídas de eletrólitos fortes. No caso de eletrólitos fracos, a extrapolação não pode ser usada para determinação de Λ∞, mas é possível estimá-la a partir das condutividades molares em diluição infinita dos respectivos íons, mediante a chamada lei de Ostwald. De acordo com a lei de diluição de Ostwald, em diluição infinita os eletrólitos fracos não se dissociam completamente e possuem condutividade menor do que eletrólitos fortes. Com o aumento da concentração o equilíbrio de dissociação é deslocado na direção das moléculas não dissociadas. A lei da diluição de Ostwald prova que através da adição de solvente a uma solução iônica, podemos aumentar o seu grau de ionização, tornando assim um ácido ou uma base fraca quase que totalmente ionizados. De acordo com a lei de Kohlrausch, que trata de eletrólitos fortes, graficando a condutividade molar de uma solução versus a raiz quadrada da concentração da mesma, deve-se obter duas retas. A partir da intersecção com o eixo Y determina-se a Λ∞ (VOGEL, 1992).

3- PARTE EXPERIMENTAL

O experimento realizado para a determinação da condutividade de eletrólitos consiste basicamente em duas partes: a primeira, na preparação das amostras em variadas concentrações de ácido acético (CH3COOH) e cloreto de potássio (KCl), que são, eletrólitos

fraco e forte, (respectivamente); a segunda parte, a determinação da condutividade de cada, como mencionado.

3.1 MATERIAIS

• Becker

• Espátula

• Balões volumétricos de 100 mL

• Pipeta graduada de 10 mL

• Condutivímetro de bancada (modelo CG1800)

• Agitador magnético

• Bastão de vidro

• Termômetro

3.2 REAGENTES

• KCl (1M)

• Ácido Acético (98%)

• Água destilada

• Solução padrão de KCl

4- PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

4.1 Preparo das soluções de KCl e Ácido acético.

Preparou-se 100 ml das soluções de KCl e Ácido acético nas concentrações conforme a tabela 1, a partir da diluição de uma solução concentrada de 1 M para o KCl e 98% para o ácido acético.

Tabela 1- Concentração das soluções de KCl e Ácido acético.

Solução nº Concentração

Mol/L

1 0,10

2 0,050

3 0,010

4 0,0075

5 0,0050

6 0,0025

7 0,0010

8 0,00075

9 0,00050

Para preparar a solução nº1 de concentração 0,1 M, transferiu-se 10 mL da solução estoque 1M para um balão volumétrico de 100 mL e completou-se o volume com água destilada.

Preparou-se a solução nº 2 diluindo-se a solução 1 e assim sucessivamente.

Usou-se a relação: C1 * V1 = C2 * V2 para se encontrar o volume a ser utilizado (V1) na preparação das soluções restantes. Lembrando-se que o volume V2 é o volume final da solução, igual a 100 mL.

Onde:

C1= Concentração Inicial (concentração da solução anterior)

V1= Volume inicial (a ser descoberto)

C2= Concentração final (a concentração dada na tabela 1)

V2= Volume final (100 mL)

Exemplo de cálculo:

Para se obter o volume referente a solução de nº 2 de concentração 0,050 mol/L.

C1 * V1 = C2 * V2

0,1mol/L * V1 = 0,050mol/L * 100 mL

V1= 50 mL

O volume a ser utilizado para se obter a concentração de 0,050 mol/L é de 50 mL.

Este procedimento foi adotado para preparar as duas soluções: KCl e Ácido acético, porém, para o Ácido acético, utilizou-se outro cálculo para se encontrar o volume da 1ª solução.

Isto se deve ao fato de o ácido acético estar em concentração de 98% por ser muito volátil, não se calculou da mesma forma que o KCl.

Encontrou-se primeiramente a massa correspondente a 100% de concentração, relacionou-se essa massa à porcentagem de 98% e com base nessa massa, utilizou-se a relação de densidade para se obter o volume.

Utilizou-se esta 1ª relação: para se obter a massa do soluto(m).

Onde:

m é massa em gramas do soluto (ácido acético 98%);

MM é a massa molar do soluto (60g/mol);

V é o volume em litros (0,1L);

M é a molaridade do ácido acético (1 mol/L)

Substituindo-se os dados, temos os seguintes cálculos:

1º cálculo:

m=1 * 60 * 0,1= 6g de ácido acético.

2º cálculo:

6g Hác_______100%

X ________98%

X= 5,88g

3º cálculo:

Onde:

d é a densidade do ácido acético já prescrito no rótulo= 1,05

m é a massa real correspondente a 98% encontrada anteriormente= 5,88g

Substituindo, temos:

V= 5,88/1,05

V= 5,6 mL de CH3COOH.

Após obter este volume, utilizou-se uma pipeta graduada sob o uso da capela, diluindo-se rapidamente para que não houvesse perda de concentração.

Teve-se o cuidado para não se misturar às soluções, então, numeraram-se os balões conforme a concentração equivalente.

Á medida em que se preparavam as concentrações, a temperatura era aferida com o uso do termômetro. Se estivessem acima de 25°C era utilizado um banho-maria com gelo para a correção. Se estivesse abaixo, as mesmas eram aquecidas à temperatura ambiente ou em contato com o calor das mãos.

4.2 Medidas da Condutividade

Realizaram-se as medidas da condutividade com o aparelho de medidas que consiste da célula, do condutivímetro e do eletrodo, ambas acopladas a um agitador magnético com um magneto para agitar a solução.

Lavou-se e enxaguou-se a célula do condutivímetro, o magneto e o eletrodo com água destilada várias vezes antes de iniciar-se o experimento.

Calibrou-se o condutivímetro, antes de iniciar-se as medidas, com a solução padrão (KCl), com temperatura aferida a 25°C e a constante de célula K= 1,0.

Verificou-se se o aparelho estava medindo em medindo em mS ou µS.

Mediu-se também a condutividade da água antes de começar as demais medidas.

Ligou-se o agitador magnético com velocidade moderada durante as medidas.

Manteve-se a temperatura das soluções controladas a 25°C durante os experimentos com o auxílio de gelo ou ambientalmente, utilizando o termômetro.

Mediu-se a condutividade das soluções preparadas, utilizando-se uma célula de condutância de imersão, iniciou-se com a solução mais diluída, foi se enxaguando antes a célula e o eletrodo com a solução a ser medida.

5- RESULTADOS E DISCUSSÕES:

Os dados foram obtidos através da leitura da condutividade elétrica no condutivímetro. A leitura foi feita em ordem crescente para o KCL começando pela solução com concentração de 0,00050 M até o de concentração de 0,1 M. Os resultados obtidos para a condutividade do KCl e do CH3COOH seguem nas tabelas 2 e 3, respectivamente.

As leituras das soluções 1 e 2 do KCl sofreram mudanças de unidade de mS para µS, afim de padronização das mesmas, pois deve-se trabalhar com a mesma unidade, que neste caso foi em micro Siemens (µS). A transformação foi realizada apenas multiplicando

Tabela 2- Valores de condutividade medidos á partir das soluções de KCl:

SoluçãoConcentração

Mol/L Condutividade

em (µS)

9 0,00050 100

8 0,00075 146,2

7 0,0010 185

6 0,0025 432

5 0,0050 838

4 0,0075 1230

3 0,010 1532

2 0,050 7170

1 0,10 12670

.

Tabela 3- Valores de condutividade medidos a partir das soluções de CH3COOH:

SoluçãoConcentração

Mol/L Condutividade

em (µS)

1 0,10 540

2 0,050 385

3 0,010 172,5

4 0,0075 146,2

5 0,0050 121,1

6 0,0025 83,8

7 0,0010 52,2

8 0,00075 47,4

9 0,00050 38,1

A condutividade específica lida para a água no condutivímetro foi de 8,85µS/cm.

A partir dos resultados obtidos, visualizamos uma crescente linha que indica a condutividade do composto analisado e, podemos perceber que esta aumenta gradativamente com a concentração, observando assim uma grande dependência entre essas características.

Calculou-se a condutividade molar (Λm), através da equação:

6- CONCLUSÃO

Medidas de condutância elétrica permitem diferenciar eletrólitos fracos e fortes. Eletrólitos fortes seguem a lei de Kohlrausch enquanto que eletrólitos fracos são descritos pela lei de diluição de Ostwald. Examinando a dependência da condutividade com a concentração é possível determinar a condutividade de eletrólitos a uma diluição infinita e desta forma calcular o grau de dissociação e a constante de dissociação de eletrólitos fracos.

7- PÓS LABORATÓRIO

1-Mostrar graficamente a dependência da condutividade elétrica de KCl e CH3COOH com a concentração.

R: Feito nas folhas de papel milimetrado nos anexo 1 e 2, para o CH3COOH e o KCl.

4- Determinar a constante de dissociação do ácido acético pelo gráfico.

R:?

5- Determinar o grau de dissociação do ácido acético para as várias concentrações.

R: ?

6- Discuta as leis de Kohlrausch e de Ostwald para eletrólitos fracos e fortes.

R: De acordo com a lei de diluição de Ostwald, em diluição infinita os eletrólitos fracos não se dissociam completamente e possuem condutividade menor do que eletrólitos fortes. Com o aumento da concentração o equilíbrio de dissociação é deslocado na direção das moléculas não dissociadas. A lei da diluição de Ostwald prova que através da adição de solvente a uma solução iônica podemos aumentar o seu grau de ionização, tornando assim um ácido ou uma base fraca quase que totalmente ionizados.

De acordo com a lei de Kohlrausch, que trata de eletrólitos fortes, graficando a condutividade molar de uma solução versus a raiz quadrada da concentração da mesma, deve-se obter duas retas. A partir da intersecção com o eixo Y determina-se a Λ∞

7-Que tipo de resíduos químicos foi gerado neste experimento e como foram tratados ou armazenados. Explique.

Resposta: Foram gerados ácido acético e cloreto de potássio em concentrações baixas. Os dois foram misturados com os resíduos da experiência nº 1, em que não há problema ser descartado na pia.

8- Bibliografia

1) Voguel, análise Química Quantitativa, 5° Ed., Livros Técnicos e Científicos Editora Mestre Jou.

2) Atkins,P.W.,Físico-química.Ed.,7 Oxford University Press.2002

ENGENHARIA QUÌMICA. Adsorção. Disponível em:

3)SCRIBD. Relatório de Adsorção. Disponível em:

Castelan, G. W. 2008. Fundamentos de Físico-Química. Editora LTC, Rio de Janeiro.

4) Atkins, P.W.; Físico-Química. Vol. 1, Editora LTC, Rio de Janeiro.

5) Moore, W.J.; Físico-Química. Vol. 2 Ed. Edgard Blucher, SP,

ETEC – SUZANO

“Condutividade de Eletrólitos”

Sandra Rodrigues de Jesus n° 25

Tatiane Rodrigues de Jesus nº 27

3° QUIN

Análise de Química Instrumental

Professora: Marli

Outubro / 2012