Relatório Condutividade de Soluções Eletrolíticas

Prévia do material em texto

Universidade Federal de Santa Catarina
Centro de Ciências Físicas e Matemáticas
Departamento de Química
Físico-Química Experimental A
Profª Vera Lúcia Frescura
Experimento 6: Condutividade de eletrólitos
Helena Dias
Chantal Jacomelli
Yasmim Pereira Bach
Felipe de Oliveira
Florianópolis
Abril,2022
1. Introdução…………………………………………………………………………3
2. Resultados………………………………………………………………………...5
3. Discussão………………………………………………………………………….8
4. Conclusão…………………………………………………………………………13
1. INTRODUÇÃO
A condutividade é uma propriedade macroscópica. Ela atua indicando no
material a capacidade de transportar carga ao aplicar uma diferença de potencial
entre pontos. A condutividade de uma solução depende da quantidade de íons
existente nela. A condutividade molar, a partir disso, foi definida utilizando a sua
razão pela sua concentração - que é expressa pela seguinte equação:
Λ = κ / c , onde K é a condutividade da solução e C concentração da
substância na solução eletrolítica
Eletrólitos são substâncias que se ionizam ou dissociam, formando cátions e
ânions. A partir disso, torna-se um condutor de eletricidade. Neste experimento, os
eletrólitos são caracterizados como condutores de segunda classe. Ou seja, a
condução da eletricidade ocorre à custa do movimento dos íons em uma
determinada solução, isto é, do transporte da matéria.
A condutividade molar pode variar dependendo da concentração do eletrólito,
já que nem sempre é possível que a concentração de íons seja diretamente
proporcional a do eletrólito. Disso decorre que foi possível notar comportamentos
distintos, por isso esses foram divididos em dois grupos: os fortes e os fracos.
Os eletrólitos fortes se dissociam completamente em soluções, e por
conseguinte, a concentração dos íons é diretamente proporcional à concentração do
eletrólito. Esse pensamento foi descrito pelo alemão Kohlrausch através da lei de
migração independente dos íons. Descrita a seguir:
Λ = Λ°∞ - Κ√c , onde Λ°∞ é a condutividade para c = 0 e Κ a constante
influenciada pela estequiometria de dissociação do eletrólito.
Em diluição infinita, os íons têm comportamento independente.
Os eletrólitos fracos não são completamente dissociados e, por isso,
apresentam condutividade menor que os eletrólitos fortes. A lei de Ostwald é
apropriada para os eletrólitos fracos, já que nos permite calcular a constante de
dissociação (K). Representada na equação a seguir:
Λ = Λ°∞ x α , onde Λ°∞ é a condutividade quando c = 0 e α é a constante de
dissociação do eletrólito
É possível determinar a condutividade de eletrólitos em diluição infinita -
quando a concentração de eletrólito tende a zero, a condutividade molar é
conhecida como uma condutividade molar a diluição infinita - o cálculo do grau de
dissociação e a constante de dissociação de um eletrólito fraco.
Por fim, este relatório possui como objetivo a determinação da condutividade
molar da diluição infinita do ácido acético - que é um eletrólito fraco, e do cloreto de
potássio - um eletrólito forte. E a partir disso, calcular o grau e a constante de
dissociação de ambos.
2. EXPERIMENTAL
Preparou-se 9 soluções, de concentrações diferentes, tanto de ácido acético
quanto de KCl. Então, mediu-se a condutividade de cada uma com o
condutivímetro, começando pela solução mais diluída até a mais concentrada e
limpando o equipamento entre as medições, seguindo o fluxograma exposto na
figura 1.
Figura 1. Fluxograma metodológico.
Fonte: Autores.
Na tabela 1 estão expostos os valores de condutividade para as diferentes
concentrações preparadas de cada um dos reagentes.
Tabela 1. Resultados de condutividade das soluções de Ácido Acético e KCl.
Condutividade ( 𝜇S/cm )
Solução ( mol/L ) Ácido Acético KCl
0,100 515 12880
0,050 365 5190
0,010 159,0 1232
0,0075 135,2 1052
0,0050 111,4 715
0,0025 79,2 351
0,0010 50,7 134,4
0,00075 41,4 100,4
0,00050 37,1 84,3
Fonte: Autores.
Com esses resultados obtidos, gerou-se os gráficos de concentração versus
condutividade expostos na figura 2.
Figura 2. Gráficos de Concentração x Condutividade.
Fonte: Autores.
3. DISCUSSÃO
Para calcular a condutividade molar foi utilizado a seguinte equação:
Λ
𝑚
= 10
3 𝑘 (𝑆/𝑐𝑚)
𝐶 (𝑚𝑜𝑙/𝑐𝑚3)
= 10
3 * 10−6 𝑘 (𝜇𝑆/𝑐𝑚)
𝐶 (𝑚𝑜𝑙/𝑐𝑚3)
= 𝑘 (𝑆/𝑐𝑚)
 103 𝐶 (𝑚𝑜𝑙/𝑐𝑚3)
A tabela 2 contém uma relação da condutividade molar calculada para cada
ponto.
Tabela 2: Condutividade molar do Ácido acético e do KCl.
Λm - condutividade molar ( Scm2/mol )
Solução ( mol/L ) Ácido Acético KCl
0,100 5,15 128,8
0,050 7,3 103,8
0,010 15,9 123,2
0,0075 18,027 140,27
0,0050 22,28 143
0,0025 31,68 140,4
0,0010 50,7 134,4
0,00075 55,2 133,87
0,00050 74,2 168,6
Fonte: Autores.
Figura 3. Gráfico do inverso da condutividade molar versus Condutividade molar vezes
Concentração.
Fonte: Autores.
O Ácido Acético é um ácido fraco, logo ele é regido pela Lei de Ostwald,
portanto o gráfico apresentado na Figura 3 segue a relação: .1Λ
𝑚
= 1Λ
∞
+
Λ
𝑚
*𝐶
𝐾*(Λ
∞
)2
Comparando a relação com a equação do gráfico, temos que: ,1Λ
∞
= 0, 00224
portanto = 446,4 Scm2/mol. Sabendo que o valor teórico é de 390,5 Scm2/mol,Λ
∞
tem-se um erro experimental de:
𝐸(%) = 446,4−390,5| |390,5 * 100 
𝐸(%) = 14, 3%
Pode-se então também calcular a constante de dissociação e o pKa do Ácido
Acético; pela equação encontrada y = 0,373x + 0,00224 (sendo x a concentração
molar e y o 1/ ) temos que em uma concentração de x = 1,0 mol/L o y = 0,37524,Λ
𝑚
logo = 2,66496. Sabendo estes valores, tem-se:Λ
𝑚
Λ
𝑚
*𝐶
𝐾*(Λ
∞
)2
= 0, 373
2,66496*1,0
𝐾*(446,4)2
= 0, 373
74328, 81𝐾 = 2, 66496
𝐾 = 3, 58 * 10−5
Portanto, o pka experimental é de 4,446 (pKa = - log Ka). Tendo em vista que o pKa
teórico do Ácido Acético é de 4,721 tem-se um erro de:
𝐸(%) = 4,446−4,721| |4,721 * 100 
𝐸(%) = 5, 82%
Já o KCl é um eletrólito forte e sua relação entre concentração e
condutividade é regida pela Lei de Kohlrausch, onde temos uma relação em que
. Sendo assim, plotou-se um gráfico de versus oncentraçãoΛ
𝑚
= Λ
∞
− 𝑏√𝐶 Λ
𝑚
√𝐶
exposto na figura 4.
Figura 4. versus oncentração.Λ
𝑚
√𝐶
Fonte: Autores.
A fim de se fazer uma linha de tendência linear no gráfico exposto na Figura
4, pegou-se apenas os pontos mais próximos da concentração zero, sendo
adotados os pontos abaixo de 0,1 mol/L para tal. Entretanto, observou-se que os
pontos de concentração de 0,0025 mol/L até 0,00075 apresentaram resultados
duvidosos, pois a condutividade molar começou a diminuir em relação ao ponto
anterior, portanto utilizou-se os pontos de concentração molar {0,0075; 0,005;
0,0005} para se fazer a linha de tendência seguindo a Lei de Kohlrausch, como
exposto na figura 5. Ao se fazer a linha de tendência, chegou-se na seguinte
equação da reta: y = -461,70x + 178,27. Fazendo uma análise comparativa com a
equação de Kohlrausch , basta fazer x=0 para obter-se a .Λ
𝑚
= Λ
∞
− 𝑏√𝐶 Λ
∞
Sendo assim, = 178,27 Scm2/mol. Considerando que o valor encontradoΛ
∞
na literatura é de = 149,86 Scm2/mol, tem-se o seguinte erro:Λ
∞
𝐸(%) = 178,27−149,86| |149,86 * 100 
𝐸(%) = 18, 96%
Figura 5. Recorte do gráfico da Figura 4, com eliminação de alguns pontos e linha de tendência
linear.
Fonte: Autores.
Em ambas as soluções pode-se perceber um erro parecido numericamente,
sendo de 14,3% para o Ácido Acético e de 18,96% para o KCl. Tal erro pode ser
claramente explicado e evidenciado pelo método utilizado para preparar as soluções
de diferentes concentrações, afinal utilizou-se uma bureta de 10 mL para se medir o
volume que deveria ser passado para cada balão volumétrico, como esquematizado
na figura 1. Uma bureta não é uma vidraria de transferência de volumes analíticos,
pois sua precisão é baixa. O ideal para se realizar o experimento seriam pipetas
volumétricas, que existem justamente para preparo de soluções onde a
concentração é tão importante. Algo que agrava ainda mais os resultados obtidos
são os volumes que foramtransferidos, pois quando se está trabalhando com uma
bureta, não é aconselhável utilizar todo o seu volume. Na verdade, o recomendado
é sempre usar algo próximo de 50% do volume da bureta, justamente para
minimizar os erros experimentais. Ademais, pode-se também destacar que a perícia
e agilidade no manuseio de buretas é algo que leva tempo e prática. E mesmo com
habilidades boas no manuseio da bureta, ainda é difícil transferir um volume exato
para o balão, pois a finalidade da bureta não envolve despejar um volume exato,
mas sim o volume necessário para um ponto de viragem ou algo do tipo.
Além do mais, qualquer erro pequeno no volume transferido, acarreta em
uma propagação de erro grande, pois utilizou-se os padrões preparados para
preparar outros padrões mais diluídos, propagando possíveis erros.
4. CONCLUSÃO
Por meio de medidas experimentais de condutividade específica foi possível
determinar a condutividade molar e a diluição infinita, tal como o grau de
dissociação e a constante de dissociação. Observou-se também o cumprimento das
leis de Kohlrausch e de Ostwald ao interpretar o resultado da intensidade dos
elétrons ao conduzir corrente elétrica.
O gráfico da figura 2 apresenta uma curva não-linear mostrando a
dissociação parcial de íons, o que prova que é um eletrólito fraco. Ademais, o Ka
medido foi 3,58x10-5, o que permite dizer que é um ácido fraco, o qual também está
de acordo com a literatura. Enquanto a figura 3 apresenta uma reta linear
documentando o alto grau de dissociação do cloreto de potássio evidenciando ser
um eletrólito forte que se dissocia completamente ao liberar íons.
Por meio deste relatório, salvo alguns erros relacionados a má calibração ou
desregulação de equipamentos ou presença de interferentes nas soluções feitas,
conclui-se que o experimento foi favorável ao entendimento da medição da força de
um ácido, tal como, a capacidade eletrolítica de uma molécula. Sendo assim,
provou-se por meio de experimentos e cálculos que a condutividade elétrica é
diretamente proporcional à concentração da solução.
Em relação ao uso cotidiano, a condutividade elétrica, em especial a
condutância relativa específica é um dos parâmetros atuais de mais comum
determinação na medida da qualidade da água. Desta forma, um copo de água não
contaminado apresenta um parâmetro de condutividade elétrica constante,
enquanto flutuações entre os valores medidos em uma amostra qualquer podem
indicar perturbações causadas devido a presença de metais ou íons provenientes
de substâncias polares principalmente em sais inorgânicos dissolvidos em água tais
como, cloretos, sulfetos, carbonatos e fosfatos.
A presença dessas substâncias aumenta a condutividade da água, pois se
comportam como eletrólitos, dissolvendo-se na água e contribuindo para a
condutividade elétrica. Por outro lado, substâncias apolares, que não se ionizam,
como o álcool, óleo e açúcar acarretam na diminuição da condutividade.
REFERÊNCIAS
UFJF. Condutometria. Disponível em: < www.ufjf.br/nupis//files/2011/07/Condutome
tria.pdf >. Acesso em: 01 de Maio de 2022.
VOGEL, A. Química Analítica Quantitativa. Editora LTC. 6ª edição. 2002.