8/19/2019 Ficha Para Actividad Del Primer Parcial

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Equipo Blitz

Pregunta: ¿por qué el ión Li + tiene menor conductividad que el ión H + en agua?

Información Al estar en disolución acuosa el movimiento de los iones al someterlos a un campo eléctrico se veafectado por las interacciones con otros iones y con el disolvente (agua). Esto hace que las fuerzasque actúan sobre los mismos no dependan únicamente del campo eléctrico aplicado sino también

de las caracter!sticas del ion y el disolvente. "anto el ion #i $

como % $

tienen una valencia de $& sinembargo el radio iónico de % $ (protón) es mucho menor que el de #i $ con lo cual % $ tendr' unadensidad de carga muy alta y podr' solvatar me or al agua con lo cual la interacción ion disolventeser' mayor que la del #i $. Adem's de que el radio hidrodin'mico ser' m's grande en % $ que en #i $

ya que tendr' m's moléculas de % * + rode'ndolo. #o que har!a que la movilidad de los iones % $

fuera menor que la del #i $ ya que arrastrar!an m's moléculas de agua con ellos. ,in embargo estadiferencia de radios hidrodin'micos no es tan grande como para tener esa diferencia deconductividad lo que nos lleva a observar que el % $ es parte constituyente del disolvente (% * +). %ay que recordar que el % * + se autodisocia en % $ y +% adem's de que sus moléculas forman puentesde hidrogeno. Estas dos caracter!sticas tiene mucho que ver con la movilidad del % $ ya que si e-iste% $ en agua este r'pidamente se hidrata por una molécula de %*+ con lo cual de forma un ion

hidronio % +$

. #uego ese %$ sale del % +$

hacia otra molécula de agua vecina (unida por puente dehidrogeno) con lo cual se forma otro % + $ y as! sucesivamente. /on lo cual los % $ en la disolución sevan moviendo por medio de las moléculas de agua mientras que los #i $ se van moviendo a través del agua con lo cual el %$ no resiente ese arrastre de moléculas de agua ni tampoco e-perimenta losefectos de los choques entre moléculas. 0orque si choca una molécula de % * + y un ion % $ lavelocidad de % $ no disminuir!a tanto ya que se hace la misma cadena de transporte de protonesmientras que si chocan % * + y #i $ la velocidad del #i $ comenzar!a a disminuir de forma importante./on lo cual el % $ tiene una gran movilidad y esto hace que su conducción sea mucho mayor que lade #i $

Justificación,abemos que la conductividad en los iones est' relacionada a la facilidad de moverse en la

disolución cuando aparece un campo eléctrico que adem's con lleva la aparición de lasinteracciones con otros iones y con el disolvente afectan el movimiento de los iones. Esto hace quelas fuerzas que actúan sobre los mismos no dependan únicamente del campo eléctrico aplicadosino también de las caracter!sticas del ion el solvente la temperatura.En la ecuación de ,to1es Einstein se calcula la velocidad de un ion consider'ndolo una esferacargada que se mueve en un medio viscoso2#a fuerza eléctrica es2

Fe = ze E

/on z la carga delion e la carga del electron y E la intensidad del campo eléctrico#a fuerza viscosa sobre una esfera de radio 3(radio de ,to1es o radio hidrodin'mico que es el radioefectivo en disolución teniendo en cuenta todas las moléculas de % * + que se encuentran en laesfera de solvatación del ion) vale2

Fr = 6 πRην

/on 4 la viscosidad del disolvente y 5 la velocidad del ion./uando el ión adquiere la velocidad l!mite ambas fuerzas se igualan de donde puede despe arse lavelocidad del ion6

ν = zeE

6 πRη .

,e observa que la velocidad es proporcional al campo eléctrico y a la carga e inversamente proporcional al radio y la viscosidad del disolvente.

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#a movilidad relativa queda2

Vr = v E

= ze

6 πRη

A esta e-presión se la suele denominar movilidad de ,to1es la cual indica que entre m's r'pido seael ion m's peque7o ser' su radio de ,to1es y por consecuencia su radio cristalogr'fico (radio iónico

proveniente de una estructura cristalina) ser' también menor. ,in embargo en la seria de metalesalcalinos #i $ 8a $ 9 $ se observa algo particular mientras el radio cristalogr'fico aumenta el radio de

,to1es disminuye. Esto significa que los :ones peque7os generan campos eléctricos m's intensos y son m's polarizantes y por tanto tendr'n una capa de solvatación mayor con lo cual aumentara sugrado de hidratación.

8o obstante si las dimensiones propias del ion aumentan la capa de hidratación estable no puedamantenerse en torno suyo. Esto hace que arrastre muchas moléculas de solvente cuando migra por la solución por lo que al aumentar el radio cristalogr'fico es de esperarse que disminuya lamovilidad. ,i se realiza un a uste del número de transporte del catión en función de la concentraciónse observa que e-trapolando a dilución infinita su valor se acerca al predicho por la e-presión de,to1es.

0ero e-iste un par de iones que discrepan demasiado en la ley demovilidad de ,to1es estos son el protón (%$) y del ión hidro-ilo (+% ). #os cuales presentan una movilidad en disolución acuosamucho mayor que la obtenida por la #ey de ,to1es indicando un mecanismo muy diferente demovimiento frente a un campo eléctrico. Ambas especies est'n directamente relacionadas con lamolécula de agua del disolvente y su mecanismo de transferencia consiste en un 'gil reagrupamiento de las uniones qu!micas de las moléculas de agua en una larga cadena de éstas.;na ruptura de una unión + % en % + $ y la r'pida formación de una nueva unión % + en la moléculade agua vecina tiene como efecto una movilidad mayor del protón % $ que la que se obtendr!a con el normal abrirse paso (fricción) entre las moléculas de disolvente. #o mismo vale para +%

Esta propuesta se conoce como mecanismo de =) y establece que el movimiento

efectivo de un protón implica la reorganización de los enlaces de un grupo de moléculas de agua. #atransferencia del protón entre moléculas vecinas tiene lugar cuando una molécula rota de tal maneraque el enlace de hidrógeno + % ?. + se puede convertir en + ? % + produciéndose un salto muy r'pido (el @salto requiere de una energ!a de activación muy peque7a por lo tanto se da a los *B o/)entre moléculas vecinas. A su vez en otros solventes estos iones son mucho m's lentos estoapunta a un mecanismo especial solo en medios donde e-istan protones 'cidos o libres.Conclusión

#a conductividad del ion #i $ es menor a la del ion % $ debido a que el ion % $ es un componente del agua por lo cual se crean cadenas de transporte de protones a través de los puentes de hidrogenoque se crean entre molécula y molécula de disolvente. /on lo cual la movilidad del ion % $ es mayor que la que tendr!a si tuviera que abrirse paso entre las moléculas del disolvente con el consiguienteefecto de solvatarse y comenzar a perder movilidad tanto por la fricción como por los choques entre

moléculas como le pasa la ion #i $.Excepciones o restricciones a la conclusión#a movilidad de ,to1es es una e-presión muy simplificada para la movilidad ya que lasinteracciones ion ion introducen una dependencia de la concentración que no se manifiesta en laecuación.En un tratamiento riguroso debe considerarse que adem's de la fuerza eléctrica e-terna actúan dosfenómenos que frena el movimiento del ion. ;n efecto electroforético6 que se vincula a que el ionba o la acción del campo eléctrico e-terior se desplaza no en un medio inmóvil sino en un flu o deiones opuestos que mueven a su encuentro. C un efecto de rela ación que se vincula con la

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destrucción de la capa de solvatación haciendo que el ion se frene una cierta distancia. En todo lo anterior la temperatura es constante (*BD/) y no hay otro ion en disolución e-cepto el anión con el cual forman el compuesto iónico solo que en la ustificación no se toma en cuenta suaportación al freno de la movilidad de los cationes. El mecanismo de