Experimento 3- CONDUTIVIDADE DE SOLUÇÕES ELETROLÍTICAS

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA 
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA 
QMC 5453 – LABORATÓRIO DE FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL 
PROFESSOR: NITO ANGELO DEBACHER 
 
 
CHRISTINNI MACHADO VENTURI, JÚLIA AZEVEDO, JÚLIA KINETZ, JÚLIA ROZICKI 
 
 
 
Relatório de Físico-química experimental 
Experimento 3- Condutividade de soluções eletrolíticas 
Florianópolis, 13 de agosto de 2019 
2 
 
Sumário 
1. Introdução.................................................................................................................................3 
2. Objetivo....................................................................................................................................4 
3. Procedimento Experimental.....................................................................................................5 
4. Tratamento de dados e questionário.......................................................................................6 
5. Conclusão................................................................................................................................10 
6. Bibliografia..............................................................................................................................11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
1. Introdução 
Condutometria 
Baseia-se em medições de condutância das soluções iônicas. Essa condutância resulta 
da soma da contribuição individual de cada íon presente na solução; trata-se, portanto, de 
uma propriedade que não depende de reações específicas ao nível de um eletrodo. 
 
Tipos de condutores 
Condutores de primeira classe (ou eletrônicos) – metais, ligas metálicas, semi-
condutores. Nestes casos a condução de corrente elétrica é feita por elétrons, não envolvendo 
transporte de matéria durante o processo de condução de corrente e sem alteração das 
propriedades químicas do condutor. 
Condutores de segunda classe (ou eletrolíticos) – soluções iônicas. Nestes casos a 
condução de eletricidade se dá às custas do movimento de íons em solução, ou seja, com 
transporte de matéria. O que será utilizado no experimento. 
 
Lei de Kohlrausch e lei de Ostwald 
 Medidas de condutância elétrica permitem diferenciar eletrólitos fracos e fortes. 
Eletrólitos fortes - lei de Kohlrausch 
 Eletrólitos fracos - lei de diluição de Ostwald. 
Examinando a dependência da condutividade com a concentração é possível 
determinar a condutividade de eletrólitos a uma diluição infinita e desta forma calcular o grau 
de dissociação e a constante de dissociação de eletrólitos fracos. 
 
 
ELETRÓLITO FORTE: É uma substância que forma uma solução na qual o soluto está presente 
quase totalmente como íons. 
ELETRÓLITO FRACO: Forma uma solução na qual o soluto se ioniza incompletamente em 
solução. O ácido acético é um exemplo de eletrólito fraco, em água, pequena fração das 
moléculas de CH3COOH, se separam em íons H+ e íons CH3CO2- (acetato). 
4 
 
2. Objetivos 
 Utilizar adequadamente um condutivímetro. 
 Medir a condutividade de eletrólitos fracos e fortes. 
 Calcular o grau de dissociação e a constante de dissociação de eletrólitos fracos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
3. Procedimento Experimental 
3.1 Material 
Soluções: KCl 1 mol L-1; ácido acético 1 mol L-1; Solução padrão de KCl (0,7452 g kg-1 = 0,01 
mol kg-1) para calibrar o condutivímetro; 
Vidraria: 18 balões volumétricos de 100 mL (9 para cada sub-grupo); 2 pipetas volumétricas 
de 10 mL; 2 pipetas volumétricas de 5 mL; 2 pipetas graduadas de 10 mL; 2 pipetas graduadas 
de 5 mL; 2 frascos de fundo chato para medidas de condutividade. 
Outros: frasco lavador com água destilada; papel absorvente; pHmetro ou indicador 
ácido/base (fenolftaleína) para medir e neutralizar o pH da solução de ácido acético antes do 
descarte na pia. 
Equipamentos: 2 condutivímetros. 
3.2. Preparo das soluções 
Preparou-se as nove soluções de KCl e nove soluções de ácido acético de 100 mL cada 
a partir de soluções padrão de 1 M (1 mol L-1) cada. 
Para o preparo das mesmas utilizou-se a formula M1V1 = M2V2, para se descobrir a 
quantidade de volume necessária em cada uma das soluções. 
Como exemplo, para a solução 1 calcula-se: 
V1= 0,1 mol L
-1 x 100 mL 
1 mol L-1 
Nota: 
 Preparou-se as soluções de 1 a 3 usando a solução estoque 1 M. 
 Preparou-se as soluções de 4 a 6 usando a solução estoque 0,1 M. 
 Prepararam-se as soluções de 7 a 9 usando a solução estoque 0,01 M. 
Tabela 1. Volume necessário para o preparo de soluções 
Solução 1 2 3 4 5 6 7 8 9 
M2 (mol L
-1) 0,10 0,050 0,010 0,0075 0,0050 0,0025 0,0010 0,00075 0,00050 
Volume, mL 10 mL 5 mL 1 mL 7,5 mL 5 mL 2,5mL 10mL 7,5mL 5mL 
 
Esses valores se aplicam as nove soluções de KCl e as nove soluções de ácido acético. 
3.3. Medidas da condutividade 
Antes de iniciar as medidas calibrou-se o condutivimetro utilizando uma solução 
padrão. 
Lavou-se o eletrodo e o fraco com água destilada antes de realizar-se as medidas. 
Iniciou-se as medidas k pelas soluções mais diluídas a fim de evitar contaminações. 
 
6 
 
4. Tratamento de dados e questionário 
4.1 Preparou-se a tabela de dados para os cálculos. 
Tabela 2. Cloreto de potássio KCl 
Solução 1 2 3 4 5 6 7 8 9 
Conc. M2 (mol.L-1) 0,10 0,050 0,010 0,0075 0,0050 0,0025 0,0010 0,00075 0,00050 
Cond. κ (µS/cm) 11,84 
x 10³ 
6,22 x 
10³ 
1,48 x 
10³ 
0,96 x 
10³ 
0,75 x 
10³ 
0,34 x 
10³ 
147,5 118,1 81,7 
Cond. Molar Λm 
(Scm2/mol-1) 
118,4 124,4 148 128 150 136 147,5 157,466 163,4 
√ 0,316 0,224 0,1 0,0866 0,0707 0,05 0,0316 0,02738 0,02236 
 
Tabela 3. Ác. Acético, CH3COOH 
Solução 1 2 3 4 5 6 7 8 9 
Conc. M2 (mol.L-1) 0,10 0,050 0,010 0,0075 0,0050 0,0025 0,0010 0,00075 0,00050 
Cond. κ (µS/cm) 581 459 294 184,8 137,6 130,9 102 90,5 78,8 
Cond. Molar Λm 
(Scm2/mol-1) 
5,81 9,18 29,4 24,64 27,4 52,36 102 120,66 157,6 
1/ Λm 0,1721 0,1089 0,0340 0,0406 0,0365 0,0190 9,804 
x10-3 
8,287 
x10-3 
6,345 
x10-3 
C. Λm 0,581 0,459 0,294 0,1845 0,137 0,1309 0,102 0,0905 0,07883 
 
4.2 Faça dois gráficos em papel milimetrado, de condutividade vs. concentração, um para o 
KCl e outro para o CH3COOH. Discuta as diferenças de comportamento dos dados. 
No gráfico do KCl, tem-se a representação do eletrólito forte, uma vez que a condutividade 
molar varia de forma muito mais constante em função da concentração se comparado com o 
gráfico do CH3COOH, cuja condutividade molar tem uma variação brusca em decorrência do 
acréscimo da concentração, sendo isso decorrente da maior interação entre as moléculas, que 
dificulta a mobilidade dos íons e acarreta o aumento da condutividade molar. Ambos os 
comportamentos caracterizam os eletrólitos fortes e fracos. 
4.3 Determine a condutividade molar na diluição infinita Λ∞ para o KCl. Compare os valores 
com os da literatura e calcule o erro experimental. 
Gráfico 2 (em anexo): Λm x √C 
 
Escala do gráfico: 
 
Eixo x: Eixo y: 
 
0,7 cm________0,016 mol/L 0,7 cm_________5 S.cm²/mol 
 
 
Utilizando a equação 4, já linearizada do tipo y= a.x + b. 
 
Λm= Λ∞ - cte√C 
 
7 
 
Coeficiente angular= cte 
 
Cte= Δx /Δy 
 
 Δx = (118,4)- (163,4)= -45 
 Δy 0,316-0,02236 = 0,29364 
 
a = 153,2489Para calcular a condutividade molar na diluição infinito Λ∞, utilizando os valores do ponto 9: 
163,4= Λ∞ - (-153,2488)0,02236 Λ∞= 159,973 S cm2. mol-1 
 
 
Erro experimental: 
Λ∞ = 149,86 (valor da literatura) Λ∞= 159,973 S cm2. mol-1 (valor encontrado) 
|(149,86)-(159,973)| = 0,06748 6,748% 
 149,86 
 
4.4 Determine a condutividade molar na diluição infinito Λ∞ para o ácido acético. Compare 
os valores com os da literatura e calcule o erro experimental. 
Gráfico 4 (em anexo): 1 x C.Λm 
 Λm 
 
 
Escala do gráfico: 
 
Eixo x: Eixo y: 
 
1cm_________0,15 cm2.L-1 1cm__________0,01 mol/ S.cm 
 
 
Utilizando a equação 7 linearizada, forma-se a equação 8, tornando-a do tipo y= a.x + b. 
 
1 = 1 + C.Λm 
Λm Λ∞ K(Λ∞)2 
 
Coeficiente linear: 0,3 cm, convertendo: 
 
1cm______0,01 mol/ S.cm b= 3 x10-3 mol/ S.cm 
0,3_______ b 
 
Coeficiente angular: Δx 
 Δy 
 
Δx = (0,172)- (6,34 x 10-3) = 0,165566 
Δy 0,581-0,0788 0,5022 
8 
 
 
a = 0,33 
 
 
Para calcular a condutividade molar na diluição infinito Λ∞: 
 1 = 3 x10-3 Λ∞= 333,33 S cm2. mol-1 
 Λ∞ 
 
Erro experimental: 
Λ∞ = 390,5 (valor da literatura) Λ∞= 333,33 S cm2. mol-1 (valor encontrado) 
|(333,33)-(390,5)| = 0,146 14,6% 
 390,5 
 
4.5 Determine a constante de dissociação (Ka) do ácido acético pelo gráfico feito na questão 
anterior 4.4. Calcule o erro experimental comparando com o pKa da literatura e discuta o 
resultado. 
 1 = a 1 = 0,33 1 = 36665,93 k = 2,73x10-5 
K(Λ∞)2 k (333,33)2 k 
 
pKa= -log 2,73x10-5 
pka= 4,56 
 
Erro experimental: 
pka (literatura)= 4,74 pka(valor encontrado)=4,56 
|(4,56) – (4,74)| = 0,0372 3,72% 
 4,74 
O pka da literatura é para valores medidos em temperatura ambiente de 25°C, porém a 
temperatura no dia do experimento era de 21,4°C, o que pode explicar a variação encontrada. 
 
4.6 Usando os valores experimentais determine o grau de dissociação (α) do ácido acético 
para as várias concentrações. Use a equação 5.1 ou equação 6. Observe a tendência dos 
valores de α com relação à concentração e compare com o gráfico da questão 4.2, para o 
ácido acético. Explique. 
Concentração α 
0,10 0,0165 
0,050 0,0234 
0,0010 0,0522 
0,0075 0,0603 
0,0050 0,0739 
0,0025 0,1045 
0,0010 0,1652 
0,00075 0,1908 
0,00050 0,2337 
9 
 
 
Para o cálculo do grau de dissociação duas equações podem ser utilizadas. Em uma delas o alfa 
é obtido pelo quociente entre a condutividade molar Λm e condutividade molar a diluição 
infinita Λ∞. E na outra é calculado o alfa a partir da raiz quadrada da constante de dissociação 
dividida pela concentração. Como o erro experimental foi menor no cálculo da constante de 
dissociação a fórmula escolhida foi α =(k/c)1/2 
Pode-se descrever alfa x concentração como uma função decrescente pois quando maior a 
concentração menor é o alfa. Diferente do comportamento do gráfico concentração × 
condutividade onde quando maior a concentração maior a condutividade. 
4.7 Defina condutividade específica e condutividade molar. 
Condutividade específica, representada também por k, é definida como a capacidade da 
solução de conduzir corrente elétrica e depende da concentração. 
Uma vez que a condutividade específica de uma solução eletrolítica varia com a concentração, 
devemos normalizá-la não apenas pela geometria, mas também pela concentração de íons. Em 
relação à geometria, foi normalizada uma célula de 1 cm2 de área, com eletrodos separados 1 
cm. Em relação à concentração, foi adotada uma quantidade de 1 mol de íons, definindo a 
condutividade molar. 
4.8 Assista ao vídeo https://www.youtube.com/watch?v=-4X4inuu9LU. Defina os tipos de 
condutores e suas especificidades. Que tipo de condutor foi usado nesta experiência. 
Existem dois tipos de condutores: os condutores de primeira classe, onde não há transporte de 
matéria, apenas a movimentação de elétrons e os condutores de segunda classe, em que há 
movimento dos íons. 
No experimento com cloreto de potássio e ácido acético, ambas substâncias são condutores de 
segunda ordem. 
4.9 Que tipo de resíduo químico foi gerado neste experimento e como foi tratado? 
O resíduo químico gerado no experimento com o KCl foram íons K+ e Cl- dissociados em água. 
Esses resíduos foram descartados na pia por se tratar de uma solução salina atóxica para a 
saúde e o meio ambiente. 
Para descartar o ácido acético o PH deve estar entre 5 e 9 e o resíduo gerado tinha PH de 
aproximadamente 2. Colocou-se então no pHmetro e adicionou-se uma solução alcalina até 
que o pH ficasse em torno de 5,2 para poder efetuar o descarte na pia. 
 
 
 
5. CONCLUSÃO 
10 
 
Através do experimento foi possível determinar a capacidade de dissociação e a geração de 
corrente elétrica de diferentes espécies, sendo elas eletrólitos fracos (ácido acético) e fortes 
(KCl). Observa-se em ambas que conforme aumenta-se a concentração ocorre um aumento da 
condutibilidade, porém, os gráficos demonstram comportamentos distintos de crescimento 
em ambas as espécies. Isso ocorre, pois eletrólitos fortes se dissociam por completo em 
soluções aquosas enquanto que eletrólitos fracos, dissociam-se em baixas quantidades. 
Com o auxílio do condutivímetro, pode-se analisar os valores de condutibilidade e obter-se os 
graus de condução elétrica de cada elemento. Com base nos valores encontrados no 
experimento, nota-se que apesar de diferença de valores se comparados com o a literatura, os 
resultados obtidos são próximos do esperado, e a diferença se deve a erros cometidos durante 
o procedimento e as condições ambientes do laboratório diferirem das condições padrões. 
De todo modo o experimento realizado consegue ser coerente com a teoria, pois em ambos os 
eletrólitos a condutividade aumenta a medida que a concentração tem seu valor aumentado e 
os comportamentos dos eletrólitos correspondem ao esperado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Biblografia 
11 
 
http://www.ufjf.br/nupis/files/2011/07/Condutometria.pdf Acesso em: 17 ago. 2019 
http://www.quimica.ufpr.br/hpmf/F%C3%ADsico-Qu%C3%ADmica%20IV/Condutividade.pdf 
Acesso em: 17 ago. 2019 
http://www.quimica.ufpr.br/mvidotti/cq049-aula04.pdf Acesso em: 17 ago. 2019