Práctica de Conductimetria – Determinación de la constante de celda (θ) (página 2)

Un análisis dimensional de la Ec. 5 revela que:

[ c ] = S.cm-1

[ C] = mol.L-1

Por lo que se deben hacer compatibles las unidades de c y C. Para ello tendremos en cuenta que 1 L equivale a 1000 cm3, por lo que las unidades para C se pueden expresar como:

[ C] = 10-3 mol.cm-3

Es decir, cuando C se expresa en mol.L-1, se debe multiplicar por el factor 10-3 para pasarlo a mol.cm-3. De esta manera, las unidades para L serán:

[ L ] = S.cm2.mol-1

Por lo tanto, si se utilizan las unidades de mol.L-1 para C y S.cm-1 para c , la ecuación para L que se deberá usar es:

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Donde el factor 1000 da cuenta del cambio de unidades de L (dm3) a cm3.

Debido a que algunos iones poseen carga múltiple, la cantidad de corriente que pueden transportar (para un tamaño iónico dado) es mayor. Nuevamente, con el fin de normalizar la medida, se introduce la magnitud conductancia equivalente (L eq), que considera a todos los iones como monocargados, lo que permite la comparación de sus valores. Debemos recordar que en el área de la Iónica, el concepto de equivalente se refiere exclusivamente a la carga de la especie considerada, y no toma en cuenta la reacción en la que podría tomar parte el ión. Aquí solamente interesa el transporte iónico, y no las reacciones químicas o electroquímicas. Definimos como L eq a la conductancia de un electrolito de concentración 1 eq. para un volumen de 1 L.

La relación entre L eq y L es:

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Donde z representa la carga de la especie considerada (Tabla 1).

Tabla 1. Conductancias equivalentes a dilución infinita (S.cm2eq-1) a 18ºC.

Ley de la migración independiente de los iones

Kohlrausch también demostró que L 0, para cualquier electrolito, se puede expresar como la suma de las contribuciones de las conductancias iónicas de cada una de las especies constituyentes. Llamando l + y l – a las conductancias molares de los cationes y los aniones respectivamente, la expresión matemática de la Ley de las Migraciones Independientes de los Iones es:

Donde z+ y z- es el número de oxidación de los cationes y aniones respectivamente por fórmula unidad del electrolito. Los valores de l 0+ y l 0- para algunos iones se encuentran tabulados en la Tabla 2.

Tabla 2: Conductancias molares a dilución infinita (l , S.cm2.mol-1) para distintos iones a 25ºC

La conductancia de una mezcla, de acuerdo con la Ley de las Migraciones Independientes de los iones puede ser calculada mediante la siguiente ecuación:

Donde k es la constante de la celda y Ci y l 0i representan la concentración y la conductancia molar de las especies iónicas respectivamente. Nótese que este cálculo es posible dado que la conductancia es una propiedad aditiva.

Determinación de la constante de celda

En teoría, una celda de conductividad de valor k = 1 cm-1 estaría formada por dos electrodos de 1 cm2 de superficie, separados una distancia de 1 cm. Sin embargo, el valor de la constante de la celda no queda determinado exclusivamente por los valores de l y A, ya que la superficie de los electrodos no es perfectamente lisa. Así, solamente una superficie de platino pulida a espejo posee un área real prácticamente igual a la geométrica. Sin embargo, una superficie de platino rugoso (platino platinado o negro de platino) posee un área real 100 o 1000 veces mayor que la geométrica. Como ésto no se conoce a priori, lo que se hace es calibrar la celda con una disolución de conductividad conocida.

Entre ambos electrodos se establece un campo eléctrico homogéneo (Fig. 7.) que provoca el movimiento de los iones de acuerdo con sus cargas. Pero en los bordes de los electrodos, las líneas de campo eléctrico no son perpendiculares a la superficie del electrodo, lo que implica una mayor área efectiva, en una cantidad D A.

De esta manera, la constante de la celda vendrá dada por:

Como normalmente no es posible medir el aumento del área debido a los efectos de borde, el valor de k no puede ser determinado teóricamente.

Para poder determinar experimentalmente (calibrar) el valor de k se mide la conductancia de una disolución patrón de conductividad conocida. El valor de k vendrá dado por:

Para la calibración se usan disoluciones de KCl en agua ultrapura de concentración exactamente conocida, cuyos valores de conductividad se encuentran tabulados (Tabla 3).

Tabla.3: Conductividades de disoluciones de KCl a 25ºC

2. OBJETIVOS

• Determinación de la constante de celda (θ).
• Conocer los conceptos: constante de celda, conductividad, conductividad específica, conductividad equivalente.

3. DETERMINACION EXPERIMENTAL

3.1. MATERIALES Y REACTIVOS

3.1.1 Materiales

• Bureta.
• Pipetas.
• Fiola forada de 100 ml.
• Matraces de Erlenmeyer.
• Soporte Universal.
• Conductimetro.
• Agitador Magnetico.
• Pinzas.
• Bureta.
• Vaso de precipitados.

3.1.2 Reactivos

• Cloruro de potasio (KCl)
• Hidróxido de sodio (NaOH 0.125)
• Agua bidestilada (Q.P)

3.2. PROCEDIMIENTO DE DETERMINACION DE CONSTANTE DE CELDA (KCl)

1. Con la solución ya preparada de KCl.
2. Realizar un montaje del equipo para la determinación de la constante de celda (θ).
3. Verter en un vaso de precipitados la solución preparada de NaOH 0.125 N, luego colocarlo sobre el agitador magnético posteriormente introducir el magneto en el interior del vaso de precipitados.
4. Realizar las conexiones al flujo eléctrico el conductimetro mediante su transformador y su respectivo electrodo, después introducir el electrodo dentro de un vaso.
5. Anotar la lectura que nos da el conductimetro la cual nos dará el resultado de la conductancia especifica (c.e) y la temperatura.
6. Realizar los cálculos respectivos para la determinación de la constante de celda (θ), si fuera necesario tambiιn realizar el cambio de unidades de nuestros resultados.

3.3. CALCULOS

Preparamos solución de KCl 0.01 N

PM KCl = 74.55

(74.55)g KCl —————— 1000ml———-1N

0.7455 g ———————1000ml———- x

X = (0.7455 g KCl) (1000ml) (1N)

((74.55)g KCl)(1000ml)

X = 0.01

, donde:

k = conductancia especifica (tablas)

R = resistencia

KCl

Donde:

De tablas obtenemos el valor de K a 25°C y concentración de 0.01N de KCl.

K = 0.00140877

Hallamos la constante de celda:

θ = K*R

Reemplazando valores.

θ = 0.00140877 * 448.430

θ = 0.631 cm-1

3.4. CONCLUSIONES

• Se determino la constante de celda para el KCl.
• Este método es el más apropiado para determinar la constante de celda.

3.5. SUGERENCIAS

• Recomendamos tener a la mano Tablas de conductancia de las soluciones para facilitar la determinación de la constante de celda.
• Manejar los cambios de unidades para el buen resultado de nuestro laboratorio.

3.6. BIBLIOGRAFIA

http://electroquimica.fcien.edu.uy/Descargas/Practica_3/Conductimetria.doc.

Autor:

Almeida Robles Christian Alessandro

Universidad Nacional del Altiplano – Puno

Facultad de INGENIERIA QUIMICA

4 de Marzo del 2008