Práctica 3 DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO DEL ÁCIDO ACÉTICO MEDIANTE MEDIDAS DE CONDUCTIVIDAD

Transcripción

1 Dpto. Cienias Abientales - Área de Quíia Físia Prátia 3 DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO DEL ÁCIDO ACÉTICO MEDIANTE MEDIDAS DE CONDUCTIVIDAD 1. Objetivo Se pretende alular el grado de disoiaión y la onstante de disoiaión de un áido débil, oo el áido aétio, ediante edidas de ondutividad de disoluiones de diferentes onentraiones de este áido. 2. Fundaento teório 2.1. Condutividad en eletrolitos La ondutividad no es una propiedad exlusiva de ateriales sólidos, oo por ejeplo etales. Los iones presentes en una disoluión tabién son apaes de transportar arga uando están soetidos a un apo de potenial elétrio (ver apéndie 1). Inversa a la ondutividad es la resistenia. La resistenia de un ondutor de seión transversal unifore, es proporional a la longitud l e inversaente proporional al área de diha seión A: l 1 l R = ρ = A κ A [1] donde la onstante ρ es la resistenia espeífia o resistividad y su inversa κ es la ondutividad. Es oún utilizar ρ para araterizar los ondutores etálios y κ para los eletrolitos. La ondutividad de una disoluión eletrolítia es, entones: 1 l κ= RA [2] Esta euaión india que, para obtener κ de una disoluión ediante un ondutíetro, es neesario onoer la onstante de élula l/a. La inversa de la resistenia es la ondutania, G. 1 κ G = = A [3] R l Las diensiones de G son Ω -1. Esta unidad reibe el nobre de sieens y se representa por S. Las unidades de κ son S -1. Por otra parte, en disoluión, y debido a la dependenia de κ on la onentraión, se aneja otra agnitud, la ondutividad olar, que se define oo: κ = [4] 1

2 que perite oparar los valores de la ondutividad de unos eletrolitos on otros y se ide en S 2 ol -1. La variaión de la ondutividad on la onentraión puede visualizarse representando la ondutividad olar frente a 1/2. Para eletrolitos débiles, desribe una urva on una brusa disinuión a bajas onentraiones, ientras que para eletrolitos fuertes, hay una disinuión prátiaente lineal. En este últio aso, según propuso Kohlraush, a bajas onentraiones se uple: o = K [5] donde K es una onstante y o la ondutividad olar a diluión infinita, que puede obtenerse por extrapolaión de =0. La disinuión de on la onentraión se debe a las interaiones iónias y a la disinuión del grado de disoiaión (i.e., fraión de la antidad iniial de eletrolito que se disoia). El prier efeto es doinante en eletrolitos fuertes y el segundo en los débiles. En el aso de que en los eletrolitos fuertes no existieran interaiones iónias, el valor de no variaría on. Para los eletrolitos débiles, no uestra una relaión lineal on 1/2, ya que a edida que abia la onentraión iniial de eletrolito tabién varía la antidad en que se disoia en sus iones. De este odo, para un eletrolito débil no es posible alular el valor de o por extrapolaión para =0 utilizando la expresión de Kohlraush (euaión 5). Koulraush enontró tabién que la diferenia de o en parejas de sales on un ión oún (por ejeplo, KCl y LiCl, KNO 3 y LiNO 3, KCl y KOH, NaCl y NaOH, et.) era siepre onstante, lo que puede expliarse si o es la sua de dos térinos independientes, uno araterístio del anión y otro del atión, es deir: o o o = λ+ + λ [6] siendo λ o + y λ o las ondutividades iónias olares a diluión infinita del atión y del anión, respetivaente. Esta euaión es la ley de Kohlraush de igraión independiente de los iones. En el aso de un eletrolito débil, o puede obtenerse de fora indireta a partir de edidas obtenidas para eletrolitos fuertes, en los que a bajas onentraiones, se establee una relaión lineal entre o y 1/2, que perite la extrapolaión a =0. Apliando la ley de igraión independiente de los iones a diluión infinita y obinando adeuadaente los valores de o de diferentes eletrolitos, es posible onoer el valor de o para el eletrolito en uestión. Así, por ejeplo, si se trata de un áido débil, oo el aétio, HA, en disoluión auosa: o ( HA) = o ( NaA) + o ( HCl) o ( NaCl) [7] ya que puede suponerse que las espeies HCl, NaCl y NaA se enuentran totalente disoiadas. 2

3 2.2. Relaión entre la onstante de equilibrio y la ondutividad El grado de disoiaión, α, es la fraión olar de eletrolito que se transfora en sus iones en disoluión. Por su parte Arrhenius propuso un étodo para el álulo del grado de disoiaión de los eletrolitos en sus iones, a partir de las edidas de ondutividad. Por definiión o es la ondutividad olar de un eletrolito débil a diluión infinita, donde se enuentra opletaente disoiado en sus iones, los uales ontribuyen individualente a su ondutividad olar, y es la ondutividad olar a distintas onentraiones donde su disoiaión no es opleta ( α<1). Así para una deterinada onentraión: α = o [8] que se uple bien para eletrolitos débiles, oo por ejeplo, un áido débil onoprótio débil del tipo: + (1-α) α α + HA H A [9] uya onstante de equilibrio, K a, referida a la esala de onentraiones viene dada por: K = K ( Q ) [10] a γ eq siendo: K 2 2 ( α ) α = = ( 1 α ) 1 α [11] y ( Q γ ) eq la relaión de oefiientes de atividad de produtos y reativos en el equilibrio. A onentraiones sufiienteente bajas los oefiientes de atividad se aproxian a la unidad y K a K. Sustituyendo los valores de α obtenidos para distintas onentraiones de eletrolito ediante la euaión de Arrhenius [8] en la euaión [11] podreos obtener el valor de K. 3. Material y Reativos - Condutíetro CRISÓN CM vaso de preipitado de 100 L. - 6 atraes aforados de 100 L. - Pipetas de 10 y 25 L. - Cloruro sódio, aetato sódio, áido aétio y áido lorhídrio. 3

4 4. Proediiento Se preparan 100 l de NaCl 0.05 M y, por diluiones suesivas, 100 l de disoluiones de las siguientes onentraiones: 0.01, 0.005, 0.002, y M. Se lipia uidadosaente la élula de ondutividad hasta obtener valores onstantes en la edida de la ondutividad del agua destilada, anótese el valor y opárese on el obtenido para el agua orriente. Se repite esta operaión on las diferentes disoluiones de NaCl y se obtiene la ondutividad de ada una oenzando por la ás diluida y ontinuando en orden reiente de onentraión. Finalente, a los valores de ondutividad obtenidos se les resta la orrespondiente ontribuión del agua destilada. Se repite el proediiento para preparar 100 l de las isas onentraiones para el áido aétio, el áido lorhídrio y el aetato sódio y se iden sus ondutividades. 5. Resultados Se onstruye una tabla on los datos de onentraión, raíz uadrada de la onentraión, ondutividad y ondutividad olar, inluyendo sus unidades. Se representa gráfiaente la ondutividad olar frente a la raíz de la onentraión. De auerdo on la introduión teória, obténganse las ondutividades olares a diluión infinita de todos los eletrolitos fuertes, así oo la del áido aétio (esta últia según los proediientos indiados por la euaión [13]). Finalente, obténganse los valores del grado de disoiaión del áido a ada onentraión y la onstante de disoiaión proedio del áido débil K junto on el error oetido en las edidas. El error se obtiene a partir de la dispersión de los datos: ε= ± t(s/n 1/2 ), donde s es la desviaión uadrátia, N el núero de edidas realizadas y t el fator de Student (para N=6 t vale 2.02). 6. Cuestiones 6.1. Diferéniese ondutividad y ondutividad olar. Exprese sus unidades Coéntense y disútanse los resultados obtenidos (diferenia de oportaiento entre los eletrolitos fuertes y el débil y los valores de o, variaión de α on la onentraión) Copare el valor alulado de K a ediante ondutietría on el valor teório de K a de disoiaión del áido y oente el resultado. 6.4 Cóo varía el grado de disoiaión del áido aétio on la onentraión, por ejeplo, en el intervalo y 1.0 M? 4

5 Apéndie 1 Eletrodos de seión (A) distania (l) disoluión eletrolítia 5