Universidad de Chile Facultad de Ciencias Departamento de Química Licenciatura Ciencias mención Química
Informe de Laboratorio Nº 4 “Conductimetría”
Inte Integr gran ante tes: s:
Ál Álva varo ro Etc Etche heve verr rryy Marcelo Campos
Dr. Juan Sebastian Gómez-Jeria Fecha de entrega: 18/05/2011 e-Mail:
[email protected] [email protected]
2.- DATOS BRUTOS OBTENIDOS
Actividad 1: a) Conductividad del H2O: 2,05 μS/cm b) Conductividad de dell BaSO4: 262 μS/cm c) El BaSO4 posee una mayor conductividad Actividad 2: a) La conductividad de una solución de NaCl a distintas concentraciones, concentracion es, como se muestra en la Tabla N°1: Tabla N°1: Conductividad del NaCl
Concentra ción NaCl (mol/L) 0.001 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
a distintas concentraciones Conductivi dad (mS/cm)
0.327
1.871
2.86
3.48
4.44 5.55
b) La conductivida conductividadd de una solución de ácido acético a distintas concentraciones, concentracio nes, como se muestra en la tabla N°2: Tabla N°2: Conductividad del ác. Acético a
Concentració n Ác. Acético (mol/L) 0.001 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
distintas concentraciones concentraciones Conductivi dad (μS/cm)
227
321
402
460 503
541
Actividad 3: a) Titul Titulació aciónn conductim conductimétrica étrica ddee 20 mL ddee HCl 0. 0.05 05 M con con NaOH 0.05 0.05 M, como se muestra en la Tabla N°3:
2
Tabla N°3: Conductividades de la titulación conductimétrica de HCl
y NaOH. Volumen Conductivi Volumen Conductivi Volumen Conductivi de NaOH dad de NaOH dad de NaOH dad 0,05 M (mS/cm) 0,05 M (mS/cm) 0,05 M (mS/cm) agregado agregado agregado (mL) (mL) (mL) 0 17.43 10 7.36 20 4.08 1 11 21 16.41 6.66 4.33 2 15.14 12 5.98 22 4.53 3 14.09 13 5.34 23 4.74 4 14 24 12.83 4.69 4.93 5 15 25 11.84 3.99 5.07 6 10.8 16 3.29 26 5.27 7 17 9.77 3.18 3. 8 18 8.95 3.44 3. 9 8.13 19 3.81 3. 3.- ANÁLISIS DE LOS DATOS
Actividad 1: a) Se obt obtuv uvoo qu quee la ccon ondu duct ctiv ivid idad ad del del agu aguaa en el lab labor orat ator orio io era era de de 2,05 μS. Se comparó este valor con el de la literatura que es de 0,05508 μS para el agua pura a 25° C1. b) Es posible relacionar la conductividad iónica molar con la constante de producto de solubilidad (K psps) de una sal poco soluble como el BaSO4 utilizando para ello la siguiente ecuación: K ps
=
K BaSO
4
− K H 0
Λm
2
O
(1)
donde K son las conductividades observadas del BaSO4 y del H2O, y Λm0 es igua iguall a 287 S/c S/cm m 2. De esta manera obtenemos que el K ps experimental del BaSO4 es igual a 9.7 ∙ 10-7. Actividad 2: a) En ppri rim mer luga lugarr tene tenem mos qquue defi definnir la co cond nduc ucti tivi viddad mol olaar a través de la siguiente expresión. Λm =
K C
(2)
donde Λm corresponde a la conductividad molar; K, a la conductividad de la solu soluci ción ón,, y C corr corres espo pond ndee a la conc concen entr trac ació iónn de la so solu luci ción ón.. Tamb Tambié iénn calcu ca lculam lamos os la raí raízz cua cuadra drada da de la con conce centr ntraci ación, ón, para para despué despuéss gra grafic ficar ar la concentración versus la conductividad molar, según el modelo propuesto por Kolhrausch.
2
0
1
Λm = Λm − KC
(3)
2
Tabla N°4: Datos obtenidos de las
ecuaciones ecuaciones (2) y (3), a distintas concentraciones de NaCl. Concentra Conductivi Concentra Conductivida C1/2 ción NaCl dad ción d molar 3 (mol/L) (mS/cm) (mol/m ) (Sm2/mol) 0.001 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
0.327 1.87 1.
1 10
3.27 1.87
1.00 3.16
2.86 2.
20
1.43
4.47
3.48 3.
30
1.16
5.48
4.44 4.
40
1.11
6.32
5.55 5.
50
1.11
7.07
Util Utiliz izan ando do es esto toss da dato toss y el so softw ftwar aree Orig Origin inPr Proo 8. 8.0, 0, ob obtu tuvi vimo moss el siguiente gráfico:
la concentración versus la conductividad molar de Gráfico N°1: Raíz de distintas soluciones de NaCl. La recta obtenida de este gráfico es la siguiente: y = 3.28 − 0.35 x b) Después de realizar las mediciones de conductividad de la solución de NaCl se realizó la misma experiencia, esta vez con soluciones de ácido acético de distintas concentraciones. Como en este caso el ácido acético es un electrolito débil, la cantidad de iones en solución depende no sólo de la conce co ncentr ntraci ación ón ana analíti lítica ca de la sol soluc ución ión,, si no, que tambié tambiénn por el grado grado de disociación del electrolito en cuestión. Debido a esta diferencia se utilizará la ley de dil diluci ución ón de Ost Ostwal waldd que no noss permit permitee rel relaci aciona onarr la conce concentr ntraci ación, ón, con la conductividad molar y la constante de acidez:
2
1 Λm
=
1 0
Λm
+
cΛ m K a (Λm ) 0
2
(4)
Calculamos el inverso de la conductividad molar como se muestra en la siguiente tabla, para después obtener el gráfico respectivo utilizando el software OriginPro 8.0: Tabla N°5: Datos obtenidos de las
ecuaciones ecuacione s (2) y (4), a distintas concentraciones de Ác. acético. Concentra Conductivi Concentra Conductivid 1/Conductivid ción NaCl dad ción ad molar ad molar 3 2 (mol/L) (mS/cm) (mol/m ) (Sm /mol) (Sm2/mol)-1 0.001 0.227 1 2.270 0.44 0.01 0.321 10 0.321 3.12 0.02 0.402 20 0.201 4.98 0.03 0.460 30 0.153 6.52 0.04 0.503 40 0.126 7.95 0.05 0.541 50 0.108 9.24
Gráfico N°2: Concentración versus el inverso de la
conductividad conductividad molar de distintas soluciones de Ác. acético.
La recta obtenida de este gráfico es la siguiente: y = 1.004 + 0.174 x Actividad 3: Finalmente se realizó una titulación conductimétrica de 20 mL de HCl 0.05 M con NaOH 0.05 M. Con los datos presentados en la Tabla N°3 se realizó el siguiente gráfico, de donde se puede observar que el punto de inflexión muestra cuanto NaOH deben ser agregados para neutralizar la solución de HCl, que en este caso es de 15.24 mL.
2
Gráfico N°3: Volumen de NaOH 0.05
M versus conductividad de la solución.
4.- DISCUSIÓN
En este práctico se analiza la influencia de la concentración de especies acidas y sales, con constantes de disociaciones disociaciones distintas, en la conductividad. La solución de agua, mostraba una conductividad molar mucho mayor a lo indicado por literatura2, lo cual indicaba que el agua rotulada como destilada, aún disponía de muchos iones en ella, como carbonatos y bicarbonatos, entre otras que afectan la conductividad. También podría haber imprecisiones con el patrón, Cloruro de Potasio, en cuanto a su exactitud analítica. Lo cual dispondría de un valor mayor o menor de conductividad, como igual se mantienen las proporciones, se pueden utilizar para comparar soluciones soluciones electrolíticas. Para ver esto se se continuó con el experimento, experimento, se corrobora que la solución de sulfato de Bario tiene más conductividad que el agua, que aun cuando es una sal poco soluble, tiene una disociación apreciable a efectos medibles. La experimentación con variaciones de concentración, muestran una gráfica, que se mostró en el análisis de datos. Que muestra una tendencia al aumento de la conductividad al aumentar concentración. alta disociación en aguadedel Cloruro de Sodio comparada con el delaÁcido Acético seLa muestra con la magnitud ambos, miles de veces de diferencia, hacen del Ácido Acético un electrolito débil. Al observar los datos del ácido débil, se aprecia que el cambio de conductividad al aumentar la concentración, se hace menos pronunciado. Esto es porque las especies con una constante de disociación baja, se encuentran en su mayor parte, disociados, cuando la solución está muy diluida. Y al disminuir la disolución, la especie se va encontrando cada vez menos disociada. Como se puede ver un cambio en la experiencia anterior, continuamos a titular un ácido fuerte con una base fuerte. En las titulaciones se pueden obtener datos de volúmenes requeridos para llevar a un punto de equivalencia entre los iones disueltos. Hay varias maneras, pero para el caso la conductimetría es bastante exacta. Se calcula para este volumen requerido, la concentración de especies. Hay un punto previo donde hay más especies disociadas, del ácido Clorhídrico, donde la conductividad es de un valor determinado. Otro punto donde las especies están asociadas y hay un mínimo de conductividad, el agua está asociada. Y otro donde las especies del titulante disociado 2
predominan. En este punto al aumentar la concentració concentraciónn se aprecia un incremento en la conductividad. Lo cual es esperable, ya que aumentan la cantidad de iones hidroxilo, Sodio, Cloruro y subproductos del dióxido de Carbono acuoso. Estos datos nos permitieron hacer los análisis respectivos. Se asumen los errores sistemáticos y aleatorios. Entre ellos la pureza del titulante, si fue estandarizado; la presencia de otras especies disueltas, desconocidas; desconocidas; y la cantidad de puntos tomados. Que se observa en el mínimo donde se encuentran los componentes del agua no pura, en especial los iones Sodio y Cloro, además del carbonato/bicarbonato. Y es por esto que hay conductividad, en la neutralización o punto de equivalencia. Y claro la propia conductividad del Agua pura. Cono Co noci cien endo do la conc concen entr trac ació iónn y la co cond nduc ucti tivi vida dad, d, se pu pued edee ob obte tene nerr la conductividad molar. La conductividad es una información muy valiosa, que muestra cómo cómo infl influy uyen en la lass es espe peci cies es en el paso paso de la el elec ectr tric icid idad ad.. Hay Hay va varia riaci cion ones es de la resistencia que estas presentan dependiendo de la concentración y la disociación. La ley de Kolhrausch permite el cálculo de la concentración de un electrolito fuerte y la ley de Ostwald permite el cálculo para electrolitos débiles. Se aprecian las consideraciones que hay con la fuerza iónica y la constante de disociación, en estos cálculos (ver análisis de datos). Recomendación, la experiencia podría tener variaciones de temperatura, ya que según literatura2 la conductividad molar disminuye al aumentar T, utilizando alguna otra ecuación que contemple la variable temperatura. Otra es titular con indicadores como la fenolftaleína y el naranjo de metilo, para calcular las concentraciones de hidróxido, carbonatos y bicarbonatos. 5.- CONCLUSIONES
1. Se pued puedee ut util iliz izar ar un cond conduc uctí tíme metr troo para para ob obte tene nerr la co cond nduc ucti tivi vida dadd de un unaa soluc solución ión electr electrolí olític ticaa de di disti stinta ntass con conce centr ntraci acione oness y/o la cons constan tante te de disociación que presenta. 2. Cono Conocien ciendo do la concentrac concentración ión de una espe especie, cie, la cond conductiv uctividad idad,, y los volúmene volúmeness utilizados de titulante. Se pueden conocer a través del volumen y los cambios de la conductimetría. 3. Exist Existen en vario varioss métod métodos os de análisis, análisis, dep dependi endiendo endo si es un electrol electrolito ito fuerte o uno débil. Aquí se utilizó la ley de Kolhrausch para un electrolito fuerte, y la ley de Ostwald para un electrolito débil. 6.- REFERNCIAS
[1] TRUMAN S. LIGHT y STUA STUART RT L. LICHT LICHT.. Conductivi Conductivity ty and resistivity resistivity of water water from the melting to critical points. Ana Analytical lytical Chemistry 59 59(19): (19): 2327-2330, Octubre, Octubre, 1987. [2] David R Lide editor-in-Chief. Handbook of CHEMISTRY and PHYSICS. 90th Editión 2009. Editorial CRC Press, Taylor e Francis Group. ISBN-13: 978-1-42009084-0. Section 5: Thermochemistry, Electrochemistry and Kinetics. 5-70; 5-75.
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