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:

(6)

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:

(7)

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