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.