8/11/2014

Conductancia eléctrica Lalboratorio de Química Física I QUIM 4051

http://www.usm.maine.edu/chy/manuals/114/text/Conduct.html

agosto 2014

Ileana Nieves Martínez

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Clasificación de Electrolitos Electrolitos fuertes

Ácidos fuertes

Bases fuertes

Sales

Electrolitos débiles

Ácidos débiles agosto 2014

Bases débiles 2

1

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Propósitos  En un intervalo de concentración se determinará la conductancia de:   

un electrolito fuerte (NaCl) un electrolito débil (ácido acético{HAc}) una sal poco soluble (MnXm)

 Se calculará:   

grado de ionización de HAc,  constante de ionización de HAc, Ka solubilidad de sal poco soluble. sM

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Definición de conductancia, L  Recíproco de Resistencia, R  L  R1   Flujo de:  

electricidad Electrones

 Migración de iones

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Clasificación de sustancias Depende del comportamiento con respecto a un flujo de corriente. Conductores  Semiconductores  Aisladores 

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Conducción de corriente eléctrica Clasificación: 

conducción electrónica  metálica



conducción huecos, {“ hoyos”}  semi-conductores



Conducción electrolítica  iones

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y electrones 6

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Conducción electrónica (metálica)  Resulta de la movilidad de los electrones  Ocurre en sólidos (metales iónicos), metales derretidos  Consiste del movimiento (flujo) de electrones bajo la influencia de una diferencia en potencial.  los átomos o iones de la red cristalina no participan en el proceso de conducción.

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Semi-conductores  Los electrones que se localizan en banda sin llenar, separada de la banda ocupada por energía del orden kT (intrínseca o extrínseca)

aislante agosto 2014

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Conducción electrolítica  soluciones de electrolitos fuertes y débiles, sales fundidas y algunas sales sólidas.  el flujo de electricidad se debe a:  

flujo de electrones La migración de iones positivos y negativos hacia el electrodo. incluye una transferencia de carga eléctrica de un electrodo a otro  transferencia de materia. 



Se observan cambios químicos de los electrodos.

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Conducción electrolítica  la resistencia (R) al flujo depende de:  

la distancia, (l) entre los electrodos el área, (A) de los electrodos.

l

A

 La resistencia para un material es:  

directamente proporcional a su longitud l inversamente proporcional al área seccional A del conductor 



distancia entre los electrodos, l, área expuesta de los electrodos A R    l A    k

Inversamente proporcional a la conductancia L    Al    k '

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Ecuaciones útiles  Relación entre conductancia y resistencia R

1 1 l   l      k L   A  A

(1)

  resistencia específica (ohm-cm)  k – constante de la celda  k  l A  

 Conductancia

 A L     k' l    - conductancia específica (ohm-cm)-1  k’ = (k)-1 – constante de la celda inversa  k '  A  l

(2)

 Ley de Ohm E  I R

(3)

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Celdas para medir conductancia desconocido Resistencia variable (Caja de Resitencia estándard)

B Solución experimental

batería Fuente de Corriente Alterna

Celda de Conductancia

interruptor http://www.topac.com/conductivityprobes.html agosto 2014

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Conductímetro digital

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Electrical_conductivity_meter.jpg agosto 2014

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Factores que afectan la conducción  concentración  grado de ionización  naturaleza de iones  temperatura (es importante controlarla)

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Definiciones generales  Ohmnio (Ω): unidad de resistencia que representa la resistencia a 0EC de una columna de mercurio que mide 106.3 cm de largo y pesa 14.4521 g.  Amperio (AMP): unidad de corriente (i)  Voltio (V): es la unidad de expresión de fuerza electromotriz (emf) que representa el potencial necesario para pasar una corriente de un amperio a través de una resistencia de un ohmnio. agosto 2014

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Definiciones generales (continuación)  Conductancia específica (κ): conductancia de un mL de solución (κ = L [l / A]) donde:     

L − conductancia observada A − área del electrodo l − distancia entre los electrodos [l/A] − constante de la celda para conductancia, k Unidades: 

(ohm-1 cm-1 ) ó mho cm-1  ohm-1 = siemens (S) - en el sistema internacional

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Definiciones generales (continuación)  Conductancia molar (ΛM): conductancia de una cantidad de solución que contenga un peso por mol (1 mol) de electrolito colocado entre dos electrodos apartados por un cm (1 cm) (a lados opuestos de volumen dado).

M 

conductancia específica   concentración M

M 

(4)



l   L   L xk M  A

(4)

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Conductancia molar:   Kohlraush 

Suma de conductancias molares límites de cationes y aniones a dilución infinita  0   0   0 (5)



Para electrolitos fuertes es lineal vs curva para débiles. 1/2 0   0  b  C  (6) 

Donde:  b y 0 son constantes

NaCl

 C es la concentración molar

HAc

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(C) 1/2 18

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Conductancia molar y sus usos  Grado de disociación de ácido débil  HAc 

  0HAc

(7)

 Constante de ionización de ácido débil Ka 

 2  HAc 0

(8)

 0HAc   0HAc   

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Conductancia a dilución infinita; electrolito débil  Cálculo de 0 para HAc

0  0HAc  H0   Ac 

+  NaCl  Na   Cl  0

0

0

  0 0 0 0    0HAc   0NaCl             H Ac Na Cl 0 0 0 0  HAc   NaCl   HCl   NaAc

 0HAc   0HCl   0NaAc   0NaCl agosto 2014

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Derivación de la ecuación # 8 Ka 

 2  H A c 0

 0H A c   0H A c  

Ka

 HAc

(8 )



 H    A c      H A c 0   H  

 H      H A c 0

x  H A c 0

x2  H A c 0  x

x   H A c  H A c 0



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Derivación de la ecuación # 8 Ka 

 H A c  H A c 0 

Ka  agosto 2014



 H A c 0   H A c  H A c 0

 HAc  Ka 

2

  

 H A c 0  H2 A c  H A c 0   H A c 0 1   H A c 

  0H A c   0H A c

  1  

  

2

 H A c 0

  0H A c

  



 2  H A c 0



 2  H A c 0

0 HAc

 0H A c   0H A c  





2

   

 0H A c    0H A c

   

(8 ) 22

11

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Relación de valor experimental, L con M 

 A  1000  L      A    l   M  



(9)

Para un mol por litro (M = 1mol/L) en una distancia de un cm (l = 1 cm)

El factor de 1000 convierte unidades de área de dm2 a unidades de cm2 según la ecuación (10):

m  m 

 (mho cm 1 ) M (mol dm 3 )

 (mho cm 1 ) 103 cm3 M (mol dm 3 )

x

1 dm3

 mho cm 2 mol-1

(10)

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Determinación de concentración  Para soluciones diluídas de la ecuación (9):  1000       M  

Corregir por disolvente (agua en este caso)  1000  M     H 2O  0    

(11)

Sólido poco soluble  1000  M     H 2O  0    sólido 

(12)







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



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