Relatório Fronteira móvel Condut

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Pós lab 3 – Método da fronteira móvel e 
investigação da variação da condutividade molar 
em função da concentração de soluções 
eletrolíticas 
 
 
 
 
 
 
Mel Paiva Mourão (202010403811) 
Matheus Nascimento da Costa Rangel (202210199711) 
Miguel Marcelino Perez (202220391011) 
 
 
 
 
Orientadoras: Gisele de Freitas Westphalen 
Liliane Maria Magalhães de Souza 
 
 
 
 
Turma 1 – Grupo 3 
 
 
 
 
Rio de Janeiro 
18 / 10 / 2024 
 
1. Método de fronteira móvel 
 
 
1.1. Questão 1 
 
A eletrólise é um processo muito usado na preparação e purificação de metais, como por 
exemplo, na obtenção do alumínio a partir do mineral bauxite, ou na refinação do cobre 
na etapa final da extração. 
A eletrólise é também utilizada para a obtenção industrial de algumas substâncias 
(compostas e elementares), como por exemplo, o clorato de potássio, o dihidrogénio, o 
dicloro, o hidróxido de sódio e clorato de sódio. 
 
Figura 1. Representação esquemática de uma célula eletrólitica utilizada para um processo de 
galvanoplastia. 
 
A eletrólise também está presente nos processos de eletrodeposição, nomeadamente no 
processo de galvanoplastia, no qual se pretende o revestimento de uma superfície 
condutora através da deposição, por ação de uma corrente elétrica, de iões de um 
dado metal. A superfície que vai receber o revestimento metálico é ligada ao polo 
negativo de uma fonte de alimentação comportando-se como um cátodo. O metal que vai 
fornecer o revestimento é ligado ao polo positivo e comporta-se como ânodo. Quando a 
http://rce.casadasciencias.org/art/2015/239/
http://rce.casadasciencias.org/art/2015/144/
fonte de alimentação é ligada, a ação da corrente elétrica que flui no circuito provoca a 
redução (no cátodo) do cation em solução e a oxidação do metal (no ânodo). 
Na fronteira móvel, a meta é avaliar a movimentação dos íons ou a velocidade de 
deslocamento que ocorre quando a solução é exposta à influência de um campo elétrico, 
por meio de uma fonte de corrente contínua. No entanto, não se pode medir o movimento 
de íons dentro de uma solução devido às suas dimensões reduzidas. Em vez disso, mede-
se o deslocamento desses íons em uma fronteira com uma solução de cor distinta, 
conhecida como solução indicadora. No experimento, utilizou-se o alaranjado de metila. 
Assim, a linha que separa as duas soluções de cores distintas se desloca, possibilitando a 
análise do fenômeno e a tomada de medidas a olho nu. 
Para calcular o número de transporte de cada íon, a quantidade de mols de um íon com 
uma carga específica é calculada, considerando a quantidade total de eletricidade que 
atravessa o processo. Portanto, ao medir o volume que a fronteira móvel percorre durante 
a reação, podemos calcular o número de transporte. A seguir, a equação do número de 
transporte (nc): 
 
 
 
Onde, 
v = volume de solução percorrida pela interface (ml) 
∆𝑡𝑚é𝑑𝑖𝑜 = 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑚é𝑑𝑖𝑜 (𝑠) 
𝐼 = 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝐴) 
F = Constante de Faradays 
C = concentração de HCl (ml) 
nc = número de transporte 
 
Deste modo, é possível afirmar que as reações que iram ocorrer em um reator são as 
seguintes: 
 
1.2. Questão 2 
 
A priori utilizou uma coluna do capilar preenchida com a solução de HCl de concentração 
(C) = 0,1 mol L-1 contendo o indicador alaranjado de metila ( 𝐶14𝐻14𝑁3𝑁𝑎𝑂3𝑆 ) 
resultando em uma solução com coloração avermelhada possuindo um pH ácido sendo 
≤ 3,3. 
Ligou-se o sistema em uma fonte de corrente contínua através dos eletrodos de cobre, 
ânion na parte inferior e cátodo na superior, sendo tal corrente permanecendo sempre a 
6mA. 
No andamento do experimento, observou-se que o indicador apresentou o cátion presente 
na solução problema, H+, ou seja, a fronteira visualizada foi da mobilidade dos íons de 
hidrogênio que estão indo em direção ao cátodo (parte superior), fazendo com que a 
solução mude de cor para amarelo, sendo possível identificar a presença do cloreto 
cúprico (𝐶𝑢𝐶𝑙2), além disso observou-se uma mudança do pH para um pH mais básico 
em comparação a solução presente no capilar, tendo um 𝑝𝐻 ≥ 4,4. 
Os seguintes tempos que a fronteira percorreu uma distância 0,1mL da coluna entre duas 
marcas aferidas foram 176, 167 e 171 segundos totalizando 1.793,4 segundos o 
experimento . O tempo médio então foi de 171,33 segundos. 
O tratamento de dados levou aos seguintes resultados: 
𝑡𝑖 ±𝑎 = 
𝑐𝐹𝑉
𝐼𝑡
 = 
0,1 .96485.0,1
6 .171,33
= 0,94 
Então o número de transporte dos íons H+ na solução de HCl 0,1 mol L-1 a 25 °C, que era 
a temperatura do laboratório no dia do experimento, foi de 0,94 
1.3. Questão 3 
 
Como o número de transporte é a fração de corrente transportada por certo tipo de íon na 
solução, então o número de transporte dos íons cloreto era 0,13. Este resultado está em 
pleno acordo com o esperado, pois a mobilidade iônica dos íons de hidrogênio é muito 
superior à dos íons cloreto, logo a fração de corrente transportada por eles é maior. 
Entretanto, ao comparar este resultado com dados da literatura, que é 0,83, verifica–se 
que o valor do erro encontrado pelo experimento: 
𝑒𝑟𝑟𝑜 (%) =
|𝑛𝑐 (𝑇𝑒ó𝑟.) − 𝑛𝑐 (𝐸𝑥𝑝)|
𝑛𝑐 (𝑇𝑒ó𝑟.)
 𝑥 100 → 𝑒𝑟𝑟𝑜 (%) = 13,25% 
O erro é muito maior 4% do que significa que pode ter ocorrido algum atraso no disparo 
do cronômetro, bem como, erros de paralaxe na medida do capilar ou o capilar graduado 
não está com uma ótima precisão em seu volume. 
2. Condutividade molar 
 
2.1 Questão 1 
A condutividade elétrica mede a capacidade de uma solução de conduzir corrente elétrica. 
Isso depende da quantidade de íons livres na solução e da mobilidade deles. 
Além disso, a condutividade molar é a condutividade dividida pela concentração da 
solução e varia com a concentração do eletrólito. Dessa forma, a observação da 
condutividade molar foi muito importante para entender como os eletrólitos se 
comportam. 
Em adição a isso, os eletrólitos podem ser classificados como fortes ou fracos. Assim, 
os eletrólitos fortes, como o NaCl e o HCl, se dissociam completamente na água. Em 
relação a eles, a condutividade molar desses compostos tende a diminuir conforme a 
concentração aumenta, principalmente por causa das interações entre os íons. 
Já os eletrólitos fracos, como o ácido acético, não se dissociam completamente, e sua 
condutividade molar aumenta com a diluição, ja que a dissociação aumenta. 
Além disso, existem leis importantes que ajudam a entender esses comportamentos. As 
que foram utilizadas para avaliar nosso experimento foram a Lei de Kohlraush e a de 
Onsager. 
A Lei de Kohlrausch diz que a condutividade molar de eletrólitos fortes pode ser obtida 
somando a contribuição de cada íon, e, ao extrapolar a Λm para concentração zero, 
conseguimos a condutividade molar limite. Nós verificamos essa lei experimentalmente, 
através de gráficos, e relacionamos suas variáveis. 
A Teoria de Debye- Hückel-Onsager explica que a diminuição da Λm em eletrólitos 
fortes mais concentrados é causada pelas interações entre os íons, que formam uma 
"nuvem iônica”. Novamente, também verificamos essa lei atraves de gráficos. 
Não obstante, a condutividade depende de fatores como a temperatura, que afeta a 
mobilidade dos íons, e a concentração. Por exemplo, eletrólitos fortes mostram uma 
queda na Λm com o aumento da concentração, enquanto nos eletrólitos fracos ocorre o 
contrário, aumentando conforme diluímos. 
2.2 Questão 2 
 
A condutividade molar pode ser calculada pela equação abaixo: 
 
 
Onde: 
• A concentração molar (𝑐) se for dada em mol/cm o número 1000 é dispensável; 
• A condutividade especifica (ke) é dada em S/cm sendo que: 
1 S/cm = 1000 mS/cm 
• Logo, as unidades de medida são: 
 
 
Soluçã
o 
Concentração 
(mol/L) 
Condutividade específica 
ke (mS/cm) 
Temperatura 
(Celsius) 
Condutividade Molar (Λm) 
(Sxcm^2/mol)NaCl 1 0,00156 0,182 24 116,667 
NaCl 2 0,00312 0,363 25 116,346 
NaCl 3 0,00625 0,712 24 113,92 
NaCl 4 0,0125 1,338 25 107,04 
NaCl 5 0,025 2,52 24 100,8 
NaCl 6 0,05 4,97 24 99,4 
NaCl 7 0,1 8,41 24 84,1 
 
Como pode ser analisado acima, conforme a concentração aumenta, a Condutividade 
Molar diminui. 
 
2.3 Questão 3 
 
Solução 
Concentra
ção (mol/L) 
Condutividade 
específica ke 
(mS/cm) √c (mol/L) 
Condutividade 
Molar (Λm) 
Sxcm^2/mol 
Força 
Iônica (I) √I 
NaCl 1 0,00156 0,182 0,039496835 116,667 0,00156 0,039496835 
NaCl 2 0,00312 0,363 0,055856960 116,346 0,00312 0,055856960 
NaCl 3 0,00625 0,712 0,079056942 113,92 0,00625 0,079056942 
NaCl 4 0,0125 1,338 0,111803399 107,04 0,0125 0,111803399 
NaCl 5 0,025 2,52 0,158113883 100,8 0,025 0,158113883 
NaCl 6 0,05 4,97 0,223606798 99,4 0,05 0,223606798 
NaCl 7 0,1 8,41 0,316227766 84,1 0,1 0,316227766 
 
2.4 Questão 4 
 
A Equação de Onsager é ideal para encontrar a Condutividade molar de concentrações 
baixas (