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UNIVERSIDADE REGIONAL INTEGRADA DO ALTO URUGUAI E DAS MISSÕES –
CAMPUS SANTO ÂNGELO
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
CURSO DE QUÍMICA INDUSTRIAL
DISCIPLINA: FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL II
CONDUTIVIDADE DE ELETRÓLITOS
ALUNOS:
FERNANDO HAMERSKI
EVANDRO HARTMANN
PROF: ZULEICA SOUZA DOS SANTOS
SANTO ÂNGELO, 05 DE OUTUBRO DE 2010
2 – OBJETIVOS
Utilizar adequadamente o condutívimetro;
Medir a condutividade de eletrolitos fracos e fortes;
Calcular o grau de dissociação e a contante de dissociação de eletrólitos fracos.
3 – INTRODUÇÃO
Para medir a condutividade de uma solução, ela é colocada numa célula que dispõe de
um par de eletrodos de platina firmemente fixados numa posição. Em geral é muito difícil
medir com precisão a área dos eletrodos e o afastamento entre eles, de modo que quando se
desejam valores exatos da condutividade, é necessario determinar a constante da célula
mediante a calibração com uma solução cuja condutividade seja conhecida com exatidão. As
medições se fazem pela ligação da célula a um medidor de contuvidade que fornece a célula
uma corrente alternada, com a qual fica reduzida a possibilidade de eletrólise. Ao medidor
também fica aclopado um sensor de temperatura, este sensor corrige, automaticamente as
medições de condutividade ao valor a 25º, que é a temperatura na qual o aparelho está
calibrado ( VOGEL, 1992).
Em soluções, faz-se necessário corrigir a condutividade observada, por meio da
subtração da condutividade do solvente utilizado para preparar as soluçoes. Além disto, para
considerar o efeito da concentração utiliza-se a condutividade molar, a condutividade molar
Λm de um eletrólito se define como a condutividade devida a um mol de eletrólito e se
aproxima do limite quando aumentamos a diluição (UNICAMP, 2009).
Nas soluções eletrolíticas, os íons positivos (cátions) e negativos (ânions) estão livres
e movimentam-se, sendo os responsáveis pelo transporte de carga e consequentemente pelas
propriedades condutoras das soluções eletrolíticas.
A capacidade que a solução tem para conduzir a corrente elétrica é determinada pelo
tipo e número de íons presentes na solução, bem como pela natureza do solvente. A
resisntência à passagem de corrente elétrica (R) é definida de um modo análogo à dos
condutores sólidos, isto é, pela Lei de Ohm. A resistência R é uma propriedade extensiva, e a
grandeza intensiva correspondente é a resistividade ou resistência específica (ρ). A
resistividade ρ é uma característica do material que constituí a amostra. A condutividade k é
definida como inverso da resistividade (DQB, 2006/2007).
A condutância de uma amostra é o inverso de sua resistência. A resistência é
medida em ohm (Ω), de forma que a condutância é medida em Ω -1, unidade conhecida
como siemens (S), S = Ω-1. A resistência aumenta proporcionalmente ao aumento de
comprimento da amostra, l, e diminui de forma inversamente proporcional à sua área
transversal, A (UNICAMP, 2009).
A condutância de uma solução eletrolítica em qualquer temperatura depende somente
dos íons presentes e das respectivas concentrações. Quando a solução for diluída, a
condutância diminuirá, pois os íons presentes, para conduzirem a corrente, estarão em menos
número. Se uma solução for colocada entre dois eletrodos paralelos, separados por 1 cm, e
suficientemente grandes para conter entre eles todo o volume da solução, a condutância
aumentará à medida que a solução for diluída. Isto se deve, em grande parte, nos eletrólitos
fortes, à diminuição dos efeitos interiônicos, e nos eletrólitos fracos, ao aumento do grau de
dissociação.
Nos eletrólitos fortes, a condutividade molar cresce quando a diluição cresce, mas
parece tender a um valor limite conhecido como condutividade molar a diluição infinita. A
grandeza Λ pode ser determinada pela extrapolação gráfica dos dados de condutividade molar
de soluções diluídas de eletrólitos fortes. No caso de eletrólitos fracos, a extrapolação não
pode ser usada para determinação de Λ∞, mas é possível estimá-la a partir das condutividades
molares em diluição infinita dos respectivos íons, mediante a chamada lei de Ostwald.
De acordo com a lei de diluição de Ostwald, em diluição infinita os eletrólitos fracos
não se dissociam completamente e possuem condutividade menor do que eletrólitos fortes.
Com o aumento da concentração o equilíbrio de dissociação é deslocado na direção das
moléculas não dissociadas. A lei da diluição de Ostwald prova que através da adição de
solvente a uma solução iônica podemos aumentar o seu grau de ionização, tornando assim um
ácido ou uma base fraca quase que totalmente ionizados.
De acordo com a lei de Kohlrausch, que trata de eletrólitos fortes, graficando a
condutividade molar de uma solução versus a raiz quadrada da concentração da mesma, deve-
se obter duas retas. A partir da intersecção com o eixo Y determina-se a Λ∞ (VOGEL, 1992).
4- PARTE EXPERIMENTAL
4.1 MATERIAIS
Condutivímetro.
Célula do condutivímetro.
Balões volumétricos de 100 mL.
Pipetas de 1, 2, 5 e 10mL.
Béqueres.
4.2 REAGENTES
Água destilada.
Solução de NaCl 1M.
Solução de ácido fórmico 1M.
5 - PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
5.1 Preparo das soluções de NaCl e ácido fórmico.
Preparou-se 100 mL das soluções de NaCl e ácido fórmico nas concentrações da
Tabela 1, a partir da diluição de uma solução concentrada (1M).
Tabela 1 – Concentração das soluções de NaCl e ácido fórmico.
Solução 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Conc.
(M)
0,10 0,050 0,010 0,0075 0,0050 0,0025 0,0010 0,00075 0,00050
Para preparar-se à solução 1 (0,1M) transferiu-se 10 mL da solução estoque 1M para
um balão de 100 mL e completou-se o volume com água. Usou-se a relação M1V1 = M2V2
para preparar as soluções restantes. Lembrando-se que o volume V2 é o volume final da
solução igual a 100 mL.
Preparou-se a solução dois diluindo-se a solução 1 e assim sucessivamente. Teve-se
cuidado para não se misturar às soluções, então, numeraram-se os balões.
Seguiu-se o mesmo procedimento para preparar as soluções tanto de NaCl como de
acido fórmico.
5.2 Medidas de condutividade
Realizaram-se as medidas da condutividade com o aparelho de medidas que consiste
da célula, do condutivímetro e do eletrodo, ambos acoplados a um agitador magnético com
um magneto para agitar a solução.
Lavou-se e enxaguou-se a célula do condutivímetro, o magneto e o eletrodo com água
destilada várias vezes antes de iniciar-se o experimento.
Calibrou-se o condutivímetro, antes de iniciar-se as medidas, com a solução padrão
(KCl). Verificou-se se o aparelho estava medindo em medindo em mS ou S. Mediu-se
também a condutividade da água antes de começar as demais medidas.
Ligou-se o agitador magnético com velocidade moderada durante as medidas.
Manteve-se a temperatura controlada a 25oC durante os experimentos.
Mediu-se a condutividade das soluções preparadas iniciando sempre com a solução
mais diluída e enxaguando a célula e o eletrodo com a solução antes das medidas.
6 - RESULTADOS E DISCUSSÃO
As leituras de condutividade específica , para o NaCl e para o acido fórmico, foram
realizadas, e os resultados encontrados estão expressos na Tabela 2.
Tabela 2 – Condutividade específica , em µS/cm, para as soluções de NaCl e de acido fórmico.
Solução NaCl HCOOHCondutividade (µS/cm) Condutividade (µS/cm)
1 8010 438,72 4170 223,63 1140 1144 832,8 98,55 579,6 79,36 386,7 66,77 140,8 378 108,2 29,39 79,2 23,5
A condutividade específica lida para a água no condutivímetro foi de 8,85µS/cm.
Calculou-se a condutividade molar ( ), através da Equação: , onde é a
condutividade específica para cada uma das soluções, citadas na Tabela 2, descontando-se a
condutividade lida para a água, e , é a concentração de cada uma das soluções, expressas na
Tabela 1.
Equação 1
Solução 1 – (NaCl – 0,10M) =
Solução 1 – (HCOOH– 0,10M) =
Os cálculos realizados para obter-se a condutividade molar da solução 1, de NaCl e de
HCOOH, cujas condutividades específicas foram lidas no condutivímetro 1 , foram realizados
para as demais soluções, da mesma maneira, utilizando-se a Equação 1. Os resultados estão
expressos na Tabela 3.
Tabela 3 – Condutividade molar ( ), em Scm2mol-1, para as soluções de NaCl e HCOOH.
Solução HCOOH NaCl
1 4,298 80,01
2 4,295 83,22
3 10,515 113,115
4 11,953 109,86
5 14,09 114,15
6 23,14 151,14
7 28,15 131,95
8 27,266 132,466
9 29,3 140,7
Com a condutividade da solução de NaCl, e a concentração das soluções analisadas,
construiu-se o gráfico da condutividade da solução de NaCl versus concentração, conforme a
Figura 1.
Figura 1: Condutividade da solução de NaCl versus concentração.
Com a condutividade da solução de ácido fórmico e a concentração das soluções
analisadas, construiu-se o gráfico da condutividade da solução de ácido fórmico versus
concentração, conforme a Figura 2.
Figura 2: Condutividade da solução de ácido fórmico versus concentração.
Calculou-se a raiz quadrada da concentração para construir-se o gráfico da
condutividade molar do NaCl versus a raiz quadrada da concentração, segundo a Tabela 4.
Tabela 4 – Concentração das soluções de NaCl, eletrólito forte, e raiz quadrada da concentração.
Solução 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Conc. (M) 0,10 0,050 0,010 0,0075 0,0050 0,0025 0,0010 0,00075 0,00050
Raiz
Quadrada
da Conc.
0,3162 0,2236 0,1 0,0866 0,0707 0,05 0,0316 0,0273 0,02236
Com os valores da Tabela 3 e da Tabela 4 construíram-se os gráficos da
condutividade molar do NaCl versus a raiz quadrada da concentração.
Figura 3: Condutividade molar do NaCl versus a raiz quadrada da concentração.
A condutividade molar aproxima-se do limite aumentando-se a diluição. A lei de
Kohlrausch trata da dependência da concentração com a condutividade molar em eletrólitos
fortes.
Desta forma é utilizado o gráfico condutividade molar do NaCl versus a raiz quadrada
da concentração e a partir da interseção com o eixo y determina-se a condutividade molar a
uma diluição infinita. De acordo com a Figura 6, a extrapolação da reta é 159, 71978. Ou seja,
, a condutividade molar a diluição infinita.
Calculou-se e .C para a construção dos gráficos do inverso da
condutividade molar do ácido fórmico versus o produto da condutividade molar e a
concentração, os valores estão expressos na Tabela 5. A concentração das soluções esta
expressa na Tabela 1.
Tabela 5 – (inverso da condutividade molar do ácido fórmico) e .C (produto da
condutividade molar e a concentração).
Condutividade molar
( ), HCOOH
.C
Solução 1 4,298 0,233 0,429
Solução 2 4,295 0,232 0,215
Solução 3 10,515 0,095 0,105
Solução 4 11,953 0,083 0.089
Solução 5 14,09 0,070 0,070
Solução 6 23,14 0,043 0,057
Solução 7 28,15 0,035 0,028
Solução 8 27,266 0,036 0,020
Solução 9 29,3 0,034 0,014
Figura 4: Inverso da condutividade molar do ácido fórmico versus o produto da
condutividade molar e a concentração.
De acordo com a Figura 4, a extrapolação da reta é 0,00463. Ou seja, , a
condutividade molar a diluição infinita.
A constante de dissociação do ácido fórmico pelo gráfico da é calculada a partir da
Equação . Onde isolando-se K, e utilizando-se a inclinação da reta (b) - 0,98487,
temos:
Equação 2
A lei de Ostwald trata da dependência da concentração com a condutividade molar em
eletrólitos fracos. Eletrólitos fracos não se dissociam completamente e possuem condutividade
menor do que eletrólitos fortes. Com o aumento da concentração o equilíbrio de dissociação é
deslocado na direção das moléculas não dissociadas.
Determinou-se o grau de dissociação do ácido fórmico para as várias concentrações –
expressas na Tabela 1 -, segundo a Equação: , utilizando-se a condutividade molar de
cada solução – expressas na Tabela 3 - e a diluição infinita.
Equação 3
Solução 1 =
Os valores encontrados seguem na Tabela 6.
Tabela 6: Grau de dissociação do ácido fórmico nas diversas concentrações analisadas.
Solução de
HCOOH
1 928,293
2 927,64
3 2271,05
4 2581,64
5 3043,19
6 4997,84
7 6079,91
8 5888,98
9 6328,29
O grau de dissociação aumenta com o aumento da diluição da solução.
7 - CONCLUSÃO
Além da correta utilização do condutivimetro, a técnica permite que através da
condutividade especifica seja determinado se um eletrólito é fraco (lei de Otswald) ou forte
(lei de Kohlrausch), a condutividade molar para as soluções nas diferentes concentraçoes, a
condutividade molar a diluição infinita, o grau de dissociação e a constante de dissociação de
eletrólitos fracos como o acido fórmico.
Observando-se os resultados obtidos, verifica-se que as soluções de cloreto de sódio
comportaram-se como esperado obtendo-se resultados bastante próximos aos encontrados na
literatura. Já os obtidos para a solução de acido fórmico em relação à determinação da
condutividade molar a diluição infinita, mostraram-se bastante diferentes dos da literatura,
evidenciando alguma falha operacional durante sua obtenção, podendo ser devido a
sensibilidade do condutivimetro.
8 – REFERÊNCIAS
DQB – Eletroquímica Fundamental, 2006/2007. Condutimetria – verificação da lei de
Kohlrausch. Disponível em: <http://www.dqb.fc.ul.pt/cup/44240/Condutimetria.pdf>.
Acesso em: 09 de outubro de 2010.
UNICAMP. Instituto de química. Aulas práticas, julho de 2009. Disponível em:
<http://www.iqm.unicamp.br/graduacao/material/qg100/aulas_praticas-Bassi.pdf>. Acesso
em: 09 de outubro de 2010.
VOGEL, Arthur I. Análise Química Quantitativa. 5º Ed., LTC – Livros Tecnicos e
Cientificos. Editora S.A., RJ, 1992.
ANEXOS
Questões
1. Calcular a condutividade molar Λm para o NaCl e ácido acético, utilizando os valores
medidos.
Solução 1 – NaCl (0,10M) =
Solução 1 – HCOOH (0,10M) =
Segue na Tabela 1 os valores para as demais soluções de NaCl e HCOOH.
Tabela 1: Condutividade molar ( ), em Scm2mol-1, para as soluções de NaCl e
HCOOH
Solução HCOOH NaCl
1 4,298 80,01
2 4,295 83,22
3 10,515 113,115
4 11,953 109,86
5 14,09 114,15
6 23,14 151,14
7 28,15 131,95
8 27,266 132,466
9 29,3 140,7
2. Determinar a constante de dissociação do ácido fórmico pelo gráfico.
A constante de dissociação do ácido fórmico pelo gráfico da é calculada a partir da
Equação . Onde isolando-se K, e utilizando-se a inclinação da reta (b) - 0,98487,
temos:
3. Determinar o grau de dissociação do ácido fórmico para as várias concentrações.
Determinou-se o grau de dissociação do ácido fórmico para as várias concentrações,
segundo a Equação: , utilizando-se a condutividade molar de cada solução e a diluição
infinita.
Solução 1 =
Os resultados para as demais soluções estão dispostos na Tabela 2.
Tabela 2: Grau de dissociação do ácido fórmico nas diversas concentrações analisadas
Solução de
HCOOH
1 928,293
2 927,64
3 2271,05
4 2581,64
5 3043,19
6 4997,84
7 6079,91
8 5888,98
9 6328,29
4. Discuta as leis de Kohlrausch e de Ostwald para eletrólitos fortes e fracos.
Otwald formulou a lei de diluição de Ostwald ou lei de Ostwald que rege os
fenômenos da dissociação dos eletrólitos fracos (ácidos, bases) nas dissoluções. Esta lei trata
da dependência da concentração com a condutividade molar em eletrólitos fracos. Eletrólitos
fracos não se dissociam completamente e possuem condutividade menor do que eletrólitos
fortes. Com o aumento da concentração o equilíbrio de dissociação é deslocado na direção das
moléculas não dissociadas.
A lei de Kohlrausch trata da dependência da concentração com a condutividade molar
em eletrólitos fortes. O gráfico de condutividade molar versus a raiz quadrada da
concentração deve resultar em duas retas, onde, a partir da interseção com o eixo y determina-
se a condutividade molar a uma diluição infinita.