Conductividad Electrica Disoluciones 6d1661

Trabajo practico N°2 Fisicoquímica Conductividad eléctrica de disoluciones

Experimentador: Carlos Loler Navarro Colaborador: Oscar Cifuentes Fecha trabajo práctico: 07/09/2015 Profesor encargado: I. Tyrone Ghampson Ayudante: Felipe Antonio Toledo Carrasco

Resumen

La realización de este laboratorio tuvo como objetivo estudiar y analizar la influencia que posee la concentración sobre la conductividad de las disoluciones de electrolitos débiles y fuertes. Este estudio consistió en registrar la conductividad eléctrica de soluciones de distintas concentraciones, mediante un conductímetro, para luego determinar la conductividad molar (Λ) de las diferentes soluciones. Con estos datos se realizó un gráfico Λ v/s para cada sustancia y mediante éste, se determinó la conductividad en dilución infinita Λ . Luego a partir de los valores obtenidos se calculó el grado de ionización ( ) y la constante de ionización en función de la concentraciones (Kc) del acido acético. Finalmente se confeccionó un gráfico ln (Kc) v/s mediante el cual se determino el valor de la constante de disociación del ácido débil. Los resultados obtenidos fueron: Λ (HCl) (Sm²/mol)

Λ

(Sm²/mol)

0.0388 0.039055 Tabla 1: Tabla resumen de resultados obtenidos.

(Sm²/mol) 0.01995

Parte experimental Para este trabajo practico, el método utilizado se basa en medir la constante de conductividad de las disoluciones a diferentes concentraciones de ácido clorhídrico y ácido acético, manteniendo la temperatura fija. Se toma como base el hecho de que la teoría indica que a mayor cantidad de moles por volumen de solución, mayor será la constante de conductividad. Luego a partir de los datos medidos, mediante las ecuaciones respectivas se procederá a calcular las conductividades molares, para luego graficarlas y obtener sus valores máximos. Un tratamiento similar se llevara a cabo par la determinación de la constante de disociación de un acido débil. Además para este trabajo práctico se conto con los siguientes materiales y reactivos: Materiales Reactivos Conductimetro Disolución de KCl 0.01 mol/L Baño termostático Disolución de HCl 0.1 mol/L Tubo de vidrio Disolución de CH₃COOH 0.05 mol/L 3 Matraces aforados de 100 Ml Pipeta total de 25 Ml Vaso precipitado de 100 mL Agua des ionizada Tabla 2: Materiales y reactivos utilizados en el trabajo practico.

Datos experimentales Temperatura ambiente = 22.5 0.5 °C Presión barométrica = 761.5  0.1 mmHg Factor de corrección: 2.8676

 KCl

 H2O

determinación

 0.1 μS/m

 0.1 μS/m

1

14.13

3.21

2

14.13

3.19

3

14.13

3.25

N°

Tabla 3: Valores de κ medidos para KCl y H₂O. Concentración HCl

 0.01 mS/m

1

1:4

10.25

2

1:2

19.88

3

3:4

31.9

4

1

42.0

N° determinación

Tabla 4: Valores de κ medidos para distintas concentraciones de HCl.

Concentración CH3COOH

  0.1 μS/m

1

1:64

44.7

2

1:16

90.9

3

1:4

183.6

4

1

37.1

N° determinación

Tabla 5: Valores de κ medidos para distintas concentraciones de CH3COOH.

Hoja de datos

Datos bibliográficos

Conductividad molar límite Λ

de HCl =

Conductividad molar iónica límite

de ion hidrógeno =

Conductividad molar iónica límite

de ion acetato =

Constante de ionización para ácido acético a

=

Resultados Magnitudes calculadas N° Concentración c κ √c Ʌ determinación (mol/m³) (mS/cm) (Sm²/mol) 1 0.25 25 10.25 5 0.041 2 0.5 50 19.88 7.07107 0.03976 3 0.75 75 31.9 8.66025 0.04253333 4 1 100 42 10 0.042 Tabla 6: Datos de concentración , conductividad κ , conductividad molar (Λ y para el HCl.

N° Concentración determinación 1 0.015625 2 0.0625 3 0.25 4 1 Tabla 7: Datos de concentración

Solución

Λ

Ʌ (Sm²/mol) 0.78125 44.7 0.88388 0.0573056 3.125 90.9 1.76777 0.029088 12.5 183.6 3.53553 0.014688 50 371 7.07107 0.00742 , conductividad κ , conductividad molar (Λ y c (mol/m³)

κ (μS/cm)

√c

para el CH₃COOH.

(Sm²/mol)

HCl 0.0388 CH₃COOH 0.039055 Tabla 8: Conductividad molar máxima calculada para HCl y CH₃COOH.

N° c (mol/m³) determinación 1 0.78125 2 3.125 3 12.5 4 50 Tabla 9: Datos Kc, ln(Kc) y √

Ʌ Kc (mol/m³) (Sm²/mol) 0.0573056 0.146730508 0.019712634 0.029088 0.07447958 0.018730029 0.014688 0.037608501 0.018370893 0.00742 0.018998848 0.018397339 c calculados para CH₃COOH.

Solución Kc (mol/m³) 0.01995 CH₃COOH Tabla 10: Constante de disociación calculada para CH₃COOH.

ln(Kc) -3.92649553 -3.9776272 -3.99698774 -3.99554924

0.33857526 0.48244035 0.68564295 0.97464988

Gráficos

Ʌ vs √c T emp.amb: 22.5±0.5 °C Presion: 761.5 ±0.1 mmHg 0.043

Ʌ (Sm²/mol)

0.0425 y = 0.0003x + 0.0388

0.042 0.0415 0.041 0.0405 0.04 0.0395 0

2

4

6

8

10

12

√c ((mol/m³))̇⁰’⁵

Grafico 1: Grafico de Ʌ vs √c para HCl, elaborado a partir de datos de la tabla 6.

Ʌ vs √c T emp.amb: 22.5±0.5 °C Presion: 761.5 ±0.1 mmHg 0.007 0.006 Ʌ (Sm²/mol)

0.005 y = -0.0007x + 0.005

0.004 0.003 0.002 0.001 0 0

1

2

3

4

5

6

7

√c ((mol/m³))⁰’⁵

Grafico 2: Grafico de Ʌ vs √c para CH₃COOH, elaborado a partir de datos de la tabla 7.

8

ln(Kc) vs √αc T emp.amb: 22.5±0.5 °C Presion: 761.5 ±0.1 mmHg -3.92 -3.93 0

ln(Kc) (mol/m³)

-3.94 -3.95

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

y = -0.0965x - 3.9143

-3.96 -3.97 -3.98 -3.99 -4 -4.01 -4.02

√αc ((mol/m³))⁰’⁵

Grafico 3: Grafico ln(Kc) vs √ c para CH₃COOH, elaborado a partir de datos de la tabla 9.

Ejemplos de cálculo

a) Presión barométrica corregida Para el cálculo de la presión barométrica corregida se interpolo mediante una recta para encontrar el factor de corrección a la presión barométrica medida. Presión (P) Factor de corrección (F) 760 mmHg 2.85 780 mmHg 2.93 Tabla 13: Factores de corrección a interpolar. Mediante interpolación se obtuvo la recta F = -0.19+0.004*P que evaluada en P= 764.4 mmHg (presión medida) dio un factor de F= 2.8676, valor que luego fue restado a la presión medida para obtener la presión corregida. Presión manométrica corregida= 764.4 -2.8676 =761.5 ±0.1 mmHg b)

Conductividades molares

La conductividad molar es la conductividad de un volumen de solución que contiene un equivalente de soluto, es decir: Λ= Λ: conductividad molar [Sm²/mol]

c: concentración [mol/L] κ: Conductividad específica [S/m]

Para κ = 1,025 [S/m] y una c = 25 [mol/m³] =0.041 Sm²/mol Para electrolitos fuertes (HCl), se considera una relación lineal entre la conductividad a disolución infinita y la conductividad a distintas concentraciones, a partir de lo que se puede calcular el valor de extrapolando a c = 0 la recta de interpolación en el gráfico Λ versus . Así, el punto en el cual toca la recta al eje coordenado Ʌ corresponde al valor buscado.

Para electrolitos débiles (ácido acético) se utiliza la siguiente relación:

Donde disociado.

y

son los moles de iones positivos y de iones negativos generados por mol de electrolito

Como el ácido acético se disocia 1:1 en iones, se obtiene que:

c) Grado de ionización para el ácido débil El grado de ionización se define como Así para,

d) Cálculo de Kc Se calcula la constante de equilibrio como Como ejemplo para c =

y

e) Calculo de Ka

A partir de la interpolación lineal de los datos del grafico ln(Kc) vs √ c para CH₃COOH (grafico 3), se obtiene una recta con la ecuación:

y = -0.0965x - 3.9143 De manera equivalente, se expresa como:

Esta ecuación se evalúa en c= 0, a partir de donde se obtiene:

Calculo de errores relativos a) Conductividades molares limite Para HCl

Para CH₃COOH

b) Constante de disociación para CH₃COOH

Discusión y análisis de resultados

En este trabajo práctico se obtuvieron distintas medidas de conductividades molares para los compuestos acido clorhídrico (HCl) y acido acético (CH₃COOH), ambos a distintas concentraciones, donde se cumplió el antecedente teórico que indicaba que a mayor concentración en la disolución se obtenían conductividades mayores. A partir de los datos obtenidos se procedió a calcular las conductividades molares límites mediante diferentes métodos, tanto para el acido clorhídrico y el acido acético, obteniendo valores de errores relativos porcentuales cercanos al 10%. Estos valores se pueden justificar en la posible imprecisión en la medida de volúmenes de disolución, donde en ciertos casos al rellenar los matraces con agua desionizada se cometían errores, donde se vertía una cantidad ligeramente superior a la del enrase, alterando la concentración y desviándose ligeramente del valor requerido. También surge como una causa posible el hecho de que se utilizaron los mismos tubos para todas las disoluciones del trabajo practico, lo que condujo, a su vez, a la falta de control de los residuos que quedaban en los tubos después de lavarlos, quedando una pequeña cantidad de agua desionizada que podía nuevamente alterar la concentración a la cual se medían las conductividades, pudiendo alterar fuertemente el valor medido de esta. Esta causa también puede explicar el valor más alto de error relativo porcentual (12.28%) que fue obtenido para la constante de disociación del acido acético, donde los residuos de agua desionizada en los tubos podían contener una pequeña cantidad de acido clorhídrico, produciendo la medida de valores más altos para la constante de disociación Kc. Sin embargo los valores de error se mantuvieron relativamente constantes, debido a que se siguió la instrucción de empezar las mediciones por la disolución mas diluida, evitando limpiar necesariamente el matraz luego de cada medida, lo cual en caso contrario hubiera producido valores especialmente altos de errores, debido a la alta acumulación de residuos que alterarían fuertemente la concentración y consecuentemente la medida de conductividades molares.

Bibliografía y referencias



CRC Handbook of Chemistry and Physics, David R. Lide, ed., Internet Version 2005, , CRC Press, BocaRaton, FL, 2005. Pag 938-940.



Fisicoquímica, Castellan G.W. 2da edición, Addison Wesley lberoamericana, USA (1987) Pag 846,877.



Lange's handbook of chemistry, Lange, N. A., & Speight, J. G. (2005). New York, McGraw-Hill. Pag 5.15, 6.30, 6.31.



Fundamentos de la Físico-Química, Samuel H. Maron, Carl F. Prutton, Limusa 2002.