Conductimetría

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Fundamento teórico
Las disoluciones conducen la electricidad, siendo los portadores de carga eléctrica los respectivos iones.

En un conductor se mide la resistencia como:

donde ρ es la resistividad, l la longitud del conductor y s su sección. La inversa de la resistividad κ=1/ρ se le llama conductividad.

En disoluciones se suele utilizar la conductividad equivalente que se define como la conductividad por unidad de concentración normal.

La conductividad depende de la geometría de la célula, de la concentración y de la movilidad de los iones presentes.

Una medida de la conductividad puede hacerse utilizando un puente de resistencias; pero, puesto que debe operarse con corriente alterna para evitar fenómenos de electrólisis, el puente debe ser un puente de Kohlrauch.

No parece que en un trabajo de este nivel sea oportuno este tipo de medidas que son algo complicadas tanto de equipamiento como de operación. Sin embargo, puede resultar sencillo medir variaciones relativas de esta magnitud que será de gran utilidad en las experiencias que siguen.

Una célula conductimétrica es el recipiente donde tendrá lugar la medida. Puede servir un vaso de precipitados de 250 cm3.

En general dan buenos resultados electrodos de grafito. Deberá procurarse que se monten paralelos y se fijen sólidamente para que no haya riesgo de que las dimensiones efectivas de la célula se modifiquen durante la experimentación. Una solución de emergencia consiste en utilizar como electrodos los porta filamentos de una bombilla vieja a la que se ha eliminado la bombilla de vidrio fijada a un portalámparas. En cualquier caso deberá procurarse que la disolución cubra siempre el mismo nivel de electrodo.

En el mercado existen conductímetros portátiles que pueden simplificar el trabajo. Sin embargo, tales aparatos todavía no están disponibles de modo generalizado, incluso su utilización puede ser contraproducente desde el punto de vista didáctico, al tratarse de una “caja negra” con la que el estudiante mide pero no sabe a ciencia cierta lo que mide y cómo lo mide. Si se dispone de estos aparatos, el procedimiento se limita a preparar el vaso y la bureta, verter el reactivo valorante, agitar y medir siempre en el mismo lugar y siguiendo las instrucciones del fabricante. El tratamiento de los datos es el mismo que el expuesto a continuación.

Acidimetrías y Precipitometrías

Tiene por objeto detectar el punto final de una valoración.

Disoluciones

  • Disolución de hidróxido de sodio 1 M.
  • Disolución de ácido clorhídrico 1 M.
  • Disoluciones problema.

Material

  • Vaso de 250 cm3.
  • Bureta de 50 cm3.
  • Fuente de alimentación en corriente alterna.
  • Amperímetro y voltímetro o sistema L.A.O.
  • Agitador manual o magnético, en este caso se regulará a una velocidad baja.

El dispositivo se montará como indica el esquema inferior. La corriente se regulará a unos 12 voltios de corriente alterna. En cualquier caso, es conveniente acoplar un reóstato en el circuito y buscar con un poco de experiencia la máxima sensibilidad del dispositivo concreto. Conviene también insertar un pulsador de modo que solo circule corriente en el momento de la medida.

Puesto que la geometría del problema no variará de modo significativo a lo largo de la experimentación, la medida de la resistencia es un buen estimador de la resistividad y en consecuencia, de la conductividad. Se insiste en el carácter aproximado de la medida que se hace.

Procedimiento general

Se cargará la bureta con la disolución patrón y se irá vertiendo gota a gota sobre la disolución problema, previamente medida y diluida adecuadamente si es preciso, a fin de que el volumen del caso no varíe de forma significativa.

Es recomendable que la disolución patrón esté por lo menos 10 veces más concentrada que la problema. Después de verter cada gota se agitará, se dejarán transcurrir unos segundos y se medirá la indicación de amperímetro y voltímetro. Si se consiguiera mantener la tensión constante, sería suficiente tomar nota de la intensidad.

Acidimetrías

  • Ácido fuerte con base fuerte. Por ejemplo, disolución de ácido clorhídrico con hidróxido de sodio.

    La reacción que tiene lugar es:

    Inicialmente la conductividad de la disolución ácida es grande porque los iones H+ tienen una movilidad muy alta. Conforme se va produciendo la neutralización, los iones H+ que por cada OH añadido desaparecen, se cambian por Na+ con una movilidad menor, con lo que la conductividad disminuye lentamente. Alcanzado el punto de equivalencia, la concentración de OH empieza a aumentar conforme se va añadiendo sosa y con ella la conductividad.

    En consecuencia, representando la conductividad frente al volumen de hidróxido añadido, deben obtenerse dos rectas cuyo punto de intersección es el punto de equivalencia. Puesto que la movilidad de los iones OH- es menor que la de los H+, la pendiente de la segunda recta será menor en valor absoluto.

  • Ácido débil con base fuerte.Por ejemplo, ácido acético con sosa:

    En este caso, inicialmente, la ionización es muy pequeña, por lo que la conductividad es baja. Esto es porque aunque los iones H+ tienen mucha movilidad, hay muy pocos. Al añadir hidróxido se van añadiendo iones sodio con lo que la conductividad aumenta lentamente.

    Sobrepasado el punto de equivalencia, la disolución incorpora iones OH-, lo que se traduce en un aumento brusco de la conductividad.

Precipitometrías

Es otra técnica de valoración volumétrica. En este caso se trata de medir la concentración de un determinado ión por precipitación. Aquí la detección del punto de equivalencia suele ser bastante complicada, por lo que las valoraciones conductimétricas tienen gran utilidad.

Supóngase que se desea valorar una disolición de nitrato de plata con cloruro de sodio:

Inicialmente los iones plata se sustituyen por iones sodio, de movilidad muy semejante, por lo que la conductividad apenas varía; sin embargo, pasado el punto de equivalencia, la conductividad aumenta de forma muy brusca por aumentar la concentración iónica.

Experiencia

Valoración de una disolución de ácido clorhídrico con un disolución de hidróxido de sodio.

Reactivos

  • Una disolución de hidróxido de sodio 0,1 M.
  • Disolución de ácido clorhídrico problema, aproximadamente 0,1 M.

Realización

  • Se verterán en el vaso 10 cm3 de disolución problema y se diluirá con agua destilada 15 veces (no es necesaria una gran precisión).
  • Se montará el sistema y se procederá a ir dejando caer gota a gota la disolución valorante. Cada cm3 se efectuará una lectura de la intensidad. No son precisos muchos puntos, aunque en las proximidades del punto de equivalencia es conveniente, como en la práctica anterior y en todas las valoraciones, medir cada 0,2 ó 0,3 cm3 vertidos.
  • Se construirá un diagrama de intensidad frente a volumen vertido y se intepolarán sendas rectas, y el punto de corte da el punto de equivalencia.

    Conocido éste se aplicará la relación habitual:

    Va Na = Vb Nb

    De modo semejante se procederá con las restantes valoraciones.

    A continuación te presentamos, en formato pdf, varios ejemplos de diagramas de valoraciones.

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