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) (Sm²/mol)

0.0388 0.039055 0.01995

Tabla 1: Tabla resumen de resultados obtenidos.

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

N°

determinación

KCl

0.1 μS/m

H2O

0.1 μS/m

1 14.13 3.21

2 14.13 3.19

3 14.13 3.25

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

N°

determinación

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

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

N°

determinación

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

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°

determinación

Concentración c

(mol/m³)

κ

(mS/cm)

√c Ʌ

(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°

determinación

Concentración c (mol/m³) κ (μS/cm) √c Ʌ

(Sm²/mol)

1 0.015625 0.78125 44.7 0.88388 0.0573056

2 0.0625 3.125 90.9 1.76777 0.029088

3 0.25 12.5 183.6 3.53553 0.014688

4 1 50 371 7.07107 0.00742

Tabla 7: Datos de concentración , conductividad κ , conductividad molar (Λ y para el CH₃COOH.

Solución

Λ

(Sm²/mol)

HCl 0.0388

CH₃COOH 0.039055

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

N°

determinación

c (mol/m³) Ʌ

(Sm²/mol)

Kc (mol/m³) ln(Kc)

1 0.78125 0.0573056 0.146730508 0.019712634 -3.92649553 0.33857526

2 3.125 0.029088 0.07447958 0.018730029 -3.9776272 0.48244035

3 12.5 0.014688 0.037608501 0.018370893 -3.99698774 0.68564295

4 50 0.00742 0.018998848 0.018397339 -3.99554924 0.97464988

Tabla 9: Datos Kc, ln(Kc) y √ c calculados para CH₃COOH.

Solución Kc (mol/m³)

CH₃COOH 0.01995

Tabla 10: Constante de disociación calculada para CH₃COOH.

Gráficos

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

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

y = 0.0003x + 0.0388

0.0395

0.04

0.0405

0.041

0.0415

0.042

0.0425

0.043

0 2 4 6 8 10 12

Ʌ (

Sm²/

mo

l)

√c ((mol/m³))̇⁰’⁵

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

y = -0.0007x + 0.005

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Ʌ (

Sm²/

mo

l)

√c ((mol/m³))⁰’⁵

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

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

y = -0.0965x - 3.9143

-4.02

-4.01

-4

-3.99

-3.98

-3.97

-3.96

-3.95

-3.94

-3.93

-3.92

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

ln(K

c) (

mo

l/m

³)

√αc ((mol/m³))⁰’⁵

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

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

disociado.

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,

<http://www.hbcpnetbase.com>, 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.