Relatório - Condutimetria

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
PROF. CARLSON PEREIRA DE SOUZA
DISCIPLINA: TERMODINÂMICA QUÍMICA EXPERIMENTAL
VARIAÇÃO DA CONDUTIMETRIA COM A CONCENTRAÇÃO
Natal – RN
Maio – 2012
SUMÁRIO
1.	OBJETIVOS	3
2.	INTRODUÇÃO	4
3.	CONDUTIMETRIA	5
3.1.	CONCEITO	5
3.2.	CLASSIFICAÇÃO	5
3.3.	CONDUTIVIDADE EM SOLUÇÕES AQUOSAS	6
4.	PARTE EXPERIMENTAL	9
4.1.	MATERIAL UTILIZADO	9
4.2.	PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL	9
4.3.	CÁLCULO DO VOLUME DA SOLUÇÃO CONCENTRADA NECESSÁRIO PARA PREPARAR A SOLUÇÃO DILUÍDA	10
5.	RESULTADOS E DISCUSSÃO	11
6.	CONCLUSÃO	16
7.	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	17
OBJETIVOS
	Nesse experimento, teve-se como objetivo calcular a quantidade de estrôncio (Sr) em uma solução (SrNO3)2 aquosa em diferentes concentrações, diluídas no próprio laboratório, para medir a condutividade dos eletrólitos a partir do grau de dissociação dos íons presentes na solução.
INTRODUÇÃO
Na condutimetria, é analisada a maior ou menor facilidade com que uma solução conduz corrente elétrica. Em soluções líquidas a corrente é conduzida entre os elétrodos pelos íons dissolvidos, ou seja, concentração. A Lei de Ohm (U= R x I) estabelece que a corrente elétrica (I) que passa por um condutor elétrico é inversamente proporcional à resistência (R), onde U representa a diferença de potencial. O inverso da resistência é a condutividade (L = 1/R). A unidade da condutividade é o Siemen S=1/Ω.
	A condutividade de uma solução depende do tipo, do tamanho e do número de íons presentes, da carga, da temperatura, da concentração iônica entre outros. Como a medida de condutividade requer a existência de íons, a condutimetria não é normalmente utilizada para as análises de moléculas que não se dissociam.
Neste experimento foi abordado apenas eletrólitos fortes que puderam ser observados a partir da sua dependência com a concentração da solução.
CONDUTIMETRIA
CONCEITO
	A condutimetria baseia-se na medida de condutância de uma determinada solução; pode referir-se a ela ainda como sendo um método de análise de íons (parte da Química Eletroanalítica). A condutância, por sua vez, é uma grandeza dependente da concentração, além da natureza das variadas espécies químicas presentes na solução em análise, que definem a capacidade que a solução possui de transportar carga. Logo, conclui-se que a condutimetria mede a condutância de soluções iônicas.
As soluções iônicas são capazes de conduzir eletricidade pelo fato de ocorrer migração de íons tanto positivos como negativos sob influência de um campo eletrostático.
A condutimetria abrange duas técnicas analíticas: a condutimetria direta e a titulação condutimétrica. A primeira mede a condutância com vistas à avaliação da concentração de um eletrólito. Tem aplicação muito limitada em virtude do caráter não específico da condutância das soluções iônicas. A titulação condutimétrica tem a aplicação mais ampla, baseia-se na medição da condutividade de uma solução em função do volume de titulante adicionado. Mas ainda assim é limitada às reações de oxidação-redução ede formação de complexos. 
CLASSIFICAÇÃO
A condutimetria pode ser dividida em:
Condutividade eletrolítica: depende da temperatura, sendo que seu valor aumenta em mais ou menos 2% por aumento de grau de temperatura, de modo que em trabalhos de precisão, deve-se imergir as celas em banho maria à temperatura constante. Qualquer temperatura é satisfatória desde que se mantenha constante durante a experiência.
Condutividade Iônica equivalente: é uma importante propriedade de íons que fornece informações quantitativas em relação às contribuições relativas dos íons às medidas de condutância. 
CONDUTIVIDADE EM SOLUÇÕES AQUOSAS
Condutividade Específica
	A resistência da solução é dada pela 2ª Lei de Ohm:
Onde R é a resistência (Ω), ρ é a resistividade (Ω.m), L é a distância entre os eletrodos e A é a área dos eletrodos. A resistência aumenta com a distância entre eletrodos e é inversamente proporcional à área destes.
Como a viscosidade da solução e o grau de hidratação dos íons (que afetam o seu tamanho, e logo a sua velocidade em solução) variam com a temperatura a resistividade é uma função da temperatura a qual se faz a medição e as medidas devem ser efetuadas em células termostatizadas.
Figura 1. Esquema de uma célula condutimétrica
Condutividade molar
	Quando se estuda condutividade de várias soluções chega-se a conclusão que esta é uma função da concentração de eletrólito e pode definir-se a condutividade molar ou iônica Λ, expressa como: 
Essa relação é intuitiva, pois quanto mais íons em solução transportarem corrente, maior será a condutividade para uma força promotora fixa. Quando tratamos de eletrólitos fortes, baseia-se na Lei de Kohlrausch, assumindo, então, que os cátions e ânions se movem independentemente uns dos outros, sendo esta propriedade também conhecida como a Lei da migração independente dos íons. Esta lei falha a concentrações elevadas, pois os íons podem interagir uns com os outros e com o próprio solvente.
Quando os eletrólitos são fracos, utiliza-se a Lei da diluição de Ostwald ou Lei de Ostwald para a análise que diz: “A uma dada temperatura, o aumento da concentração provoca diminuição do grau de ionização e, ao contrário, a diminuição da concentração provoca aumento do grau de ionização.”. Além de ser a relação matemática entre a constante de ionização e o grau de ionização de um eletrólito (ácidos, bases).
A Lei da diluição de Ostwald é expressa por:
Em que:
Ki = constante de ionização;
[C+] = concentração dos cátions;
[A-] = concentração dos ânions;
[CA] = concentração do composto não ionizado ou não dissociado;
M = concentração molar em mol/L;
α = grau de ionização.
Se α ≤ 5%, admite-se a seguinte sentença, pois o resultado de 1 - α ≈ 1:
Sabendo-se que: 
É possível calcular a constante de dissociação ().
Quando a concentração de eletrólito tende a zero, a condutividade é chamada de condutividade molar à diluição infinita, Λ∞. Seus íons possuem comportamento independente:
∞∞∞-
∞ e∞-são as condutividades molares iônicas limite dos cátions e ânions, respectivamente, à diluição infinita, calculadas a partir de suas mobilidades em diluição infinita.
m∞k.c1
PARTE EXPERIMENTAL
MATERIAL UTILIZADO
Substâncias utilizadas:
4
Nitrato de estrôncio - Sr(NO3)2
Vidraria:
Pipeta
Béquer
Proveta
Balão volumétrico – 25 mL
Materiais Diversos
Conta-gotas
Pisseta
Condutivímetro
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
	Inicialmente tem-se uma solução concentrada de Sr(NO3)2. Como o objetivo é medir a variação da condutividade do Sr(NO3)2 com sua concentração, é necessário preparar as soluções diluídas necessárias para fazer as análises. Os valores da concentração de cada solução foram estabelecidos previamente. Foram feitos os cálculos para descobrir o volume necessário para preparar cada solução diluída.
Parte da solução concentrada de Sr(NO3)2 foi transferida para um béquer e, com o auxílio de uma pipeta graduada, cada volume foi tomado, sendo transferidos logo em seguida para balões volumétricos de 25 mL distintos, completando-os com água destilada e homogeneizando por inversão.
Para medir a condutividade de cada solução, utilizou-se um condutivímetro. Como a solução foi feita com a água destilada como solvente, para evitar a interferência da água na condutividade, primeiro mediu-se a condutividade da água destilada para, desta forma, reduzir da condutividade de cada solução. Cada valor foi anotado para posterior análise.
Para não descalibrar o condutivímetro, a condutividade foi medida da solução mais diluída para a mais concentrada.
CÁLCULO DO VOLUME DA SOLUÇÃO CONCENTRADA NECESSÁRIO PARA PREPARAR A SOLUÇÃO DILUÍDA
	(1)
Em que:
C1: Concentração da solução diluída desejada (mol.L-1);
C2: Concentração da solução concentrada de Sr(NO3)2 (mol.L-1);
V1: Volume da soluçãodiluída desejada (25 mL);
V2: Volume da solução concentrada necessário para preparar a solução diluída desejada.
	Então, por meio da equação 1 foram feitos os cálculos dos volumes da solução concentrada necessários na preparação das soluções diluídas; obtendo-se portanto a tabela 1, seguida dos resultados e discussão à cerca de cada dado.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
	
Solução
	Concentração
(ppm)
	Volume necessário
(mL)
	Condutividade
(µS/cm)
	1
	20
	3,16
	59,7
	2
	40
	6,33
	116,6
	3
	60
	9,492
	173,1
	4
	80
	12,656
	203
	5
	100
	15,82
	265
	6
	120
	18,996
	304
	7
	130
	20,579
	327
	8
	140
	22,162
	354
	9
	150
	23,745
	373
	10
	157,95
	25,00
	395
	Tabela 1: Concentração conhecida e condutividade encontrada por meio da leitura no condutivímetro
	Os valores de condutividade tabelados não são das condutividades específicas; para encontrar os valores de condutividade específica foi necessário subtrair de cada valor tabelado a condutividade da água que estava inicialmente marcada no condutímetro. 
	Essa prática foi dividida em duas etapas (aulas); na primeira encontramos os valores para as cinco primeiras concentrações e na segunda os valores para as cinco últimas, portanto os valores de condutividade da água foram diferentes, pelo fato de termos usado diferentes “águas” de condutimetria. Sendo assim, a tabela 2 mostra os valores de condutividade específica para cada amostra.
	
Solução
	Condutividade da Água
(µS/cm)
	Condutividade
(µS/cm)
	Condutividade
Específica
(µS/cm)
	1
	4,0
	59,7
	55,7
	2
	4,0
	116,6
	112,6
	3
	4,0
	173,1
	169,1
	4
	4,0
	203
	199
	5
	4,0
	265
	261
	6
	3,8
	304
	300,2
	7
	3,8
	327
	323,2
	8
	3,8
	354
	350,2
	9
	3,8
	373
	369,2
	10
	3,8
	395
	391,2
Tabela 2 – Excel: Dados da condutividade da água e condutividade específica
Tomando como base a Tabela 2 foi possível, por meio da ferramenta Microsoft Excel, plotar o Gráfico 1 de condutividade elétrica específica em função da concentração, sendo assim condutividade a variável dependente. Em seguida foi adicionada uma linha de tendência aos pontos presentes no gráfico. Vale lembrar que uma linha de tendência é uma idealização; traça-la significa abordar um modelo matemático que melhor se aproxima dos dados experimentais obtidos. A maneira mais eficaz de saber qual linha será mais adequada para determinada relação é analisar o coeficiente de correlação (R²); deve-se entender que quanto mais próximo este coeficiente estiver de 1, melhor ajuste. 
No caso dos dados de condutividade obtidos por meio dos experimentos em aula (e o tratamento matemática dos mesmos), a linha de tendência que melhor se adequou foi a de funções potenciais. Tanto o coeficiente de correlação como a função estão representados no gráfico 1.
Gráfico 1- Excel: Condutividade do íon da solução em função da concentração da solução
CÁLCULO DA CONDUTIVIDADE MOLAR
	Para os cálculos da condutividade molar(m) do Sr(NO3)2para cada condutividade específica foi necessário basear-se na fundamentação matemática abaixo:
Como no SI (Sistema Internacional) as unidades são as especificadas na equação acima, foi necessário converter os dados de concentração para mol/L (mol por litro) e os dados de condutividade apenas para S (Siemens). Feito isso, os valores respectivos de cada amostra foram postos na equação indicada, obtendo assim os valores de condutividade molar. Veja a tabela abaixo:
	
Solução
	Concentração
(mol/L)
	Condutividade
Específica (S)
	Condutividade Molar (Scm²mol-1)
	1
	0,000230
	0,0000557
	242
	2
	0,000460
	0,0001126
	245
	3
	0,000680
	0,0001691
	249
	4
	0,000910
	0,0001990
	219
	5
	0,001140
	0,0002610
	229
	6
	0,001370
	0,0003000
	219
	7
	0,001480
	0,0003230
	218
	8
	0,001600
	0,0003500
	219
	9
	0,001710
	0,0003690
	216
	10
	0,001800
	0,0003910
	242
Tabela 3 – Excel: Dados de condutividade molar com alteração nas unidades de concentração e condutividade específica
Um fator importante que deve ser também discutido é a questão de descarte e tratamento dos resíduos gerados em um laboratório. No caso dessa prática os resíduos gerados foram de nitrato e estrôncio, que estavam dissociados na solução e foram descartados em um recipiente exclusivo para esse fim, precisando portanto serem tratados de maneira adequada. 	Resíduos de nitrato, por exemplo, podem ser tratados utilizando-se métodos de oxi-redução, enquanto os de estrôncio podem sofrer ajuste de pH para 7 (utilizando solução de NaOH) e em seguida passar por adição de sulfato de sódio até que cesse a precipitação.
Gráfico 2- Excel: Condutividade molar do íon da solução em função da raiz quadrada da concentração da solução
Para o cálculo da condutividade na diluição infinita, plota-se o gráfico da condutividade molar em função da raiz quadrada da concentração. Na diluição infinita, a concentração do eletrólito na solução tende a zero. Desta forma, encontrando o valor da condutividade para a concentração igual a zero, obtem-se o valor da condutividade na diluição infinita, que corresponde a ao valor independente da equação da reta descrita no Gráfico 2 (258,86 Scm².mol-1).
CONCLUSÃO
	Feito o experimento, pode-se concluir que a concentração, de fato, influencia na condutância, quanto maior a concentração, mais corrente será conduzida, pois há mais íons na solução. Através de testes é possível calcular o grau e uma constante de dissociação dos eletrólitos fortes, podendo, assim, prever a condutividade de outras soluções mais ou menos diluídas.
	A partir dos valores de condutividade, também é possível diferenciar eletrólitos fracos e fortes que obedecem a leis diferentes, a lei de diluição de Ostwald e a lei de Kohlrausch, respectivamente.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAeoWQAL/relatorio-pratico-condutimetria
Acesso: 09/05/2012
Fonte: http://pt.scribd.com/doc/41442643/Condutometria
Acesso: 09/05/2012
Fonte: http://www.ufjf.br/nupis/files/2011/07/Condutometria.pdf
 Acesso: 09/05/2012
Fonte: http://www.ufjf.br/nupis/files/2011/07/Condutometria.pdf
 Acesso: 09/05/2012
Fonte: http://w3.ualg.pt/~jpinhei/qa%201%2004-05/condutimetria.PDF
Acesso: 09/05/2012