09_Condutividade

Universidade do Estado de Santa Catarina UDESC Centro de Cincias Tecnolgicas CCT Departamento de Qumica - DQM

FQE0001 Fsico-Qumica Experimental Exp. 09

Condutividade Eltrica

1. Introduo

A condutividade eltrica, tambm chamada de condutncia especfica, a capacidade

de uma soluo de conduzir a corrente eltrica. O mecanismo da conduo de corrente eltrica

em solues eletrolticas difere da dos metais. Nos metais a corrente composta unicamente

de eltrons livres, j nos lquidos a conduo feita pelo movimento de ons solvatados atrados por um campo eltrico.

Entretanto, as solues de eletrlitos obedecem lei de Ohm da mesma forma que os

condutores metlicos. Assim, a corrente (I) que passa pelo corpo de uma soluo

proporcional diferena de potencial aplicada (V). A resistncia (R) do corpo da soluo

dada (em ohm, ) por , onde a diferena de potencial expressa em volts (V) e a

corrente em Ampres (A). A condutncia (G) definida como o inverso da resistncia e

expressa em -1, ou Siemens (S), onde 1 S = -1 = 1 C.V-1.s-1. A condutncia de um corpo homogneo e seo uniforme proporcional rea da seo (A) e inversamente proporcional

ao comprimento (l):

Onde a constante de proporcionalidade a condutividade, dada em S.m-1.

A condutividade de uma soluo numa clula de desenho e dimenses arbitrrias pode

ser obtida pela determinao da constante de clula k (que o valor efetivo de ), atravs da

medida da resistncia de uma soluo de concentrao conhecida. A soluo padro utilizada

para isso KCl 0,02000 mol/L. Depois que a constante da clula determinada, os valores de

condutividades de diferentes solues so calculadas a partir dos dados experimentais de

resistncia, utilizando a equao acima.

1.1 Fatores que afetam a condutividade das solues aquosas:

A condutividade aumenta com o aumento da temperatura. Para equipamentos que no possuam o sistema de compensao automtico de temperatura, a condutividade deve ser

determinada a 25 oC, que a temperatura de referncia.

Alm disso, a condutividade de uma soluo depende do nmero de ons presentes, e o

mais comum utilizar a condutividade molar (m), definida por:

Mm

m = condutividade molar (S.m2/mol)

M = molaridade ou concentrao molar (mol/L, M)

A condutividade molar normalmente expressa em S.cm2.mol

-1. Como a

condutividade normalmente medida em S.cm-1

e a concentrao molar em mol.L-1

, uma

relao mais prtica :



A condutividade molar varia com a concentrao do eletrlito. Entre as principais

razes para este efeito esto a variao no nmero ou na mobilidade dos ons presentes. O

primeiro caso acontece em eletrlitos fracos, onde a dissociao dos ons em soluo no

completa. O segundo caso ocorre com eletrlitos fortes, cuja dissociao da molcula em seus

ons em soluo total, ocasionando uma interao muito forte entre os ons de carga oposta,

que pode reduzir sua mobilidade em soluo.

Eletrlitos fortes

Slidos inicos e cidos fortes so substncias que se encontram quase que totalmente

ionizadas em soluo. Em uma soluo concentrada de um eletrlito forte, os ons esto

suficientemente prximos uns dos outros, de forma que o movimento dos mesmos

influenciado no apenas pelo campo eltrico imposto pelos eletrodos, mas tambm pelo

campo da vizinhana inica. As velocidades inicas dependem, portanto, das duas foras. A

baixas concentraes, as condutividades molares dos eletrlitos fortes variam linearmente

com a raiz quadrada da concentrao:

Mbmm 0

Essa expresso conhecida como Lei de Kohlrausch, onde b uma constante que

depende da estequiometria do eletrlito e a constante

a condutividade molar limite, isto

, a condutividade molar no limite da concentrao nula.

obtida por extrapolao, para

valores de diluio infinita, da condutividade molar pela a raiz quadrada da concentrao.

A partir da Lei de Kohlrausch pode-se demonstrar experimentalmente que

pode

ser expressa como a soma das contribuies de cada on de um eletrlito individualmente. Se

as condutividades limite dos ctions e dos nions forem representadas como + e -, respectivamente, ento a Lei da Migrao Independente dos ons, de Kohlraush, estabelece

que: , em que + e - so os nmeros de ctions e de nions por frmula

unitria do eletrlito.

Eletrlitos fracos

cidos e bases de Bronsted fracas, como o cido actico e a amnia, so exemplos de

eletrlitos fracos, pois no se dissociam completamente em soluo. Quando o eletrlito

fraco, observa-se um aumento na condutividade molar com a diluio. Este comportamento

explicado devido ao deslocamento do equilbrio de dissociao:

HA(aq) + H2O H3O+

(aq) + A-(aq),

A baixas concentraes de HA, o equilbrio promove a formao de produtos (as

espcies inicas H3O+ e A

-). Assim, ocorre um aumento do nmero de ons presentes na

soluo, correspondente ao maior grau de dissociao nas solues diludas. Ou seja, quando



o eletrlito fraco, a condutividade molar depende do grau de dissociao () da molcula. Numa primeira aproximao pode-se chegar relao:

No caso de eletrlitos fracos, o valor de

no pode ser obtido por extrapolao para

diluio infinita, mas pode ser calculado a partir de resultados obtidos com eletrlitos fortes

por meio da Lei da Migrao Independente dos ons, de Kohlraush. Assim, para um cido

HA, valor de

pode prontamente ser determinado, por exemplo, a partir do conhecimento

dos valores de

para o HCl , NaCl, e o sal de sdio, NaR, do cido fraco:

2. Objetivos

Analisar a influncia da concentrao na condutncia de eletrlitos fracos e fortes.

Determinar as condutividades de solues de cloreto de potssio e cido actico, para um

grande intervalo de concentrao. A partir dos dados obtidos, obter a condutividade molar

limite (

) para o KCl e calcular o grau de ionizao do cido actico para cada

concentrao estudada.

3. Procedimento Experimental

3.1 Material

Condutivmetro

gua deionizada

Solues de cido actico, conforme indicado na Tabela 1

Solues de cloreto de potssio, conforme indicado na Tabela 1

Bales volumtricos para o preparo das solues

Pipetas graduadas para o preparo das solues

3.2 Procedimento

Prepare 50 mL de uma soluo de KCl 0,1 mol/L. Faa os clculos da quantidade de

soluo necessria para preparar 50 mL de KCl nas concentraes indicadas na Tabela 1

atravs de sucessivas diluies.

Ligue o condutivmetro e siga o procedimento para calibrao da clula. Em seguida

mea a condutividade da soluo mais concentrada de KCl. Faa a diluio necessria e mea

novamente a condutividade da nova soluo. Repita o procedimento at obter as

condutividades de todas as solues indicadas.

A partir da soluo estoque (4,0 mol/L), prepare 50 mL de cido actico 0,1 mol/L.

Faa os clculos da quantidade de soluo necessria para preparar 50 mL do mesmo cido



nas concentraes indicadas na Tabela 1 atravs de sucessivas diluies. Assim como o feito

para o KCl, mea a condutividade de cada soluo.

Tabela 1: Solues utilizadas no experimento e resultados experimentais obtidos.

Soluo Condutividade () S.cm

-1

Condutividade molar (m) S.cm

2.mol

-1

M Grau de dissociao

()

KCl 0,1000 M -

KCl 0,0250 M -

KCl 0,0025 M -

KCl 0,0005 M -

HAc 0,1000 M

HAc 0,0250 M

HAc 0,0025 M

HAc 0,0005 M

4. Discusso dos Resultados

Calcule as condutividades molar, , das solues de KCl e cido actico nas concentraes estudadas. Faa um grfico de condutividade molar em funo de M

para o

KCl e para o cido actico.

Para o KCl, determine a condutividade molar limite (

).

Utilize

= 399 S.cm2/mol para o cido actico e calcule o grau de dissociao ()

em cada soluo estudada.

5. Questes

1. Por que a condutncia equivalente do KCl diminui com o aumento da concentrao da

soluo?

2. Qual a principal causa da reduo da condutncia equivalente, com o aumento da

concentrao para o HAc?

6. Referncias Bibliogrficas

1. Atkins, P.; de Paula, J.; Fsico-Qumica. Vol. 2. Nona Edio. LTC:Rio de Janeiro. 2012.

2. Daniels, F. et al.; Experimental Physical Chemistry. Sixth Edition. McGraw-Hill:New York. 1962.

3. Braga, E.C.A; Fsico-Qumica. Apostila de Aulas Prticas. USP Ribeiro Preto. 2008. Disponvel em: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAlOAAG/praticas-

fisico-quimica ou www.fcfrp.usp.br/dfq/FQ/Apostila%20praticas%202009.doc

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