CONDUCTIVIDAD ELECTRICA Estudiantes de la Universidad Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Colombia, programa química.
Resumen: A continuación, se describe el procedimiento utilizado para observar y analizar la conductividad eléctrica de diferentes tipos materiales (mátales, ácidos, sales, agua, disoluciones) teniendo en cuenta los conocimientos previos sobre dicha temática. En la recolección de resultados fue necesario emplear el conductimientro conductimientro (aparato para medir la conductividad) para posteriormente comprar los datos y clasificar los materiales en conductores y no conductores. Palabras clave: metal, electrolito, conductividad, resistividad, material, electricidad. Abstract: Next, the procedure used to observe and analyze the electrical conductivity of different types of materials (moths, acids, salts, water, solutions) solutions) is described, taking into account previous knowledge about this subject. In the collection of results it was necessary to use the conductimientro (device to measure the conductivity)) to later buy the data and to classify the materials in conductors and nonconductors conductivity Keywords: Metal, electrolyte, conductivity, resistivity, material, electricity.
1. INTRODUCCIÓN La Conductividad eléctrica es la medida capacidad de un cuerpo o material de permitir el paso de corriente a través de si, sin ofrecer mucha resistencia. La conductividad depende en gran parte de la estructura atómica, los metales son buenos conductores porque tienen una estructura con muchos electrones con vínculos débiles y esto permite su movimiento. De igual manera en la conductividad influyen factores como: la temperatura, las impurezas, los campos electromagnéticos y la frecuencia. La resistividad es la resistencia eléctrica especifica de un material determinado, es decir, la resistividad es inversamente proporcional a la conductividad conductividad electica, entre entre más baja sea la resistividad más alta es la conductividad electica. Además de los metales los electrolitos (sustancia que contiene en su composición iones libres: ácidos, sales y bases) también son buenos conductores eléctricos. Para entrar más en teoría es necesario estudiar y analizar la ley de Ohm la cual establece que la diferencia de potencial V que aparece entre los extremos de un conductor determinado es proporcional a la intensidad de la corriente I.
2. PROCEDIMIENTO
El procedimiento a seguir en la práctica novena de laboratorio de primer semestre de química, titulado con el nombre de conductividad eléctrica, se generó de la siguiente manera: Es necesario tener en cuenta que se usaron elemento y mezclas en diferentes estados de la materia como se evidencio con el dicromato de sodio, el cual se encontraba en estado sólido visto en forma de polvo, mientras que se evidencia en el ácido acético un estado líquido, evidenciado con un color transparente y un leve nivel de espesor. Una vez identificado los diferentes estados posibles a trabajar, se generó la clasificación de diferentes sustancias por cada uno de estos, es decir sólido y líquido, identificando por medio de un conductimetro la cantidad de conductividad eléctrica que se genera en cada elemento, siendo en los sólidos la sacarosa, el dicromato de potasio, cloruro de sodio, cinta de magnesio y un elemento compuesto de hierro. Mas en los elementos de estado líquido se trabajaron el agua, el cloruro de sodio, la sacarosa diluida, el etanol, el dicromato de potasio diluido, diluido, el ácido acético y el hidróxido de sodio. Con cada una de las sustancias anteriormente explicadas y mencionadas se identificó la
conductividad por medio de un conductimetro, la cual se obtuvo posicionando los electrodos a una distancia aproximada de 2 cm, colocando primero una sobre la sustancia, mientras el segundo se colocaba consecutivamente, tomando la primera lectura obtenida por el conductimetro. Para el segundo proceso generado en la práctica se quiso medir la conductividad del ácido sulfúrico entre mayor concentración, por esto se ubicó un recipiente con 25ml de agua y una gota de ácido, a dicha sustancia se le midió la conductividad de la misma forma que en el proceso pasado; una vez medido se sumó una gota más de ácido sulfúrico a la sustancia y se volvió a medir la conductividad, este proceso se generó 5 veces más, agregando una gota de ácido en cada una de las practicas. El proceso explicado anteriormente en la segunda practica se generó nuevamente con cloruro de sodio.
3.
RESULTADOS:
Tabla 1.evidencia de la conductividad eléctrica Table 1. Evidence of electrical conductivity
SUSTANCIA
ESTADO
Mg (magnesio)
Solido
NATURAL EZA QUÍMICA Elemento
CONDU CTOR si no X
NaCl (sal)
Solido
Compuesto
NaCl + H2O (sal con agua)
Liquido
Compuesto
X
H2O + NaCl (Na+ Cl – ) → NaOH + HCl
K 2Cr 2O7 + H2O (dicromato de potasio con agua) K 2Cr 2O7 (dicromato de potasio) K 2Cr 2O7 (dicromato de potasio) C12H22O11 (sacarosa) C12H22O11 + H2O (sacarosa con agua) Fe (hierro)
Liquido
Compuesto
X
NO TIENE
Solido
Compuesto
X
NO TIENE
Fundido
Compuesto
X
NO TIENE
Solido
Compuesto
X
NO TIENE
Liquido
Compuesto
Solido
Elemento
NO TIENE
Cu (cobre)
Solido
Elemento
NO TIENE
X
X
REACCIÓN DE DISOCIACIÓN
JUSTIFICACIÓN
NO TIENE
Debido a que es un solo elemento no puede haber disociación La disociación en sales por solvatación en un solvente como agua, significa la separación de los aniones y cationes. La disociación en sales por solvatación en un solvente como agua, significa la separación de los aniones y cationes. La disociación en sales por solvatación en un solvente como agua, significa la separación de los aniones y cationes.
N aCl (s) → Na^+ (aq) + Cl^- (aq)
C12H22O11(s) + H2O(l)___C12H22O11 (ac)
La disociación en sales un solvente como agua, significa los aniones y cationes. La disociación en sales un solvente como agua, significa los aniones y cationes. No hay disociación
por solvatación en la separación de por solvatación en la separación de
No hay disociación Debido a que es un solo elemento no puede haber disociación Debido a que es un solo elemento no puede haber disociación
H2O (agua)
Liquido
Compuesto
H 2O (aq) ↔ H+(aq) + OH-(aq)
CH3CH2OH(eta nol)
Liquido
Compuesto
CH₃CH₂OH ↔ CH₃CH₂O⁻+ H⁺
NaOH (hidróxido de sodio) C2H4O2 (ácido acético)
Liquido
Compuesto
NaoH ↔ Na+ OH-
Liquido
Compuesto
HClO4---> HCL + 4O
Las propiedades de las disoluciones dependen del equilibrio del solvente, las disoluciones acuosas dependen del equilibrio de la disociación del agua. El agua, el disolvente universal, tanto en fase líquida y pura como actuando de disolvente subsiste en un estado de equilibrio dinámico transformándose el agua en protones, protón: H+ e hidroxilo: OH En la disociación de los alcoholes, el catión H⁺liberado siempre es el que estaba enlazado al oxígeno en el grupo OH (nunca se desprende un hidrógeno que este enlazado a un carbono) los ácidos y las bases fuertes están disociados totalmente, mientras que si son débiles el grado de disociación es pequeño. La disociación de los ácidos en una solución significa la liberación de un protón H +, éste es un proceso de equilibrio, esto quiere decir que disociación y la recombinación ocurren al mismo tiempo con la misma velocidad
1). De acuerdo con las observaciones deduzca la relación existente entre la conductividad eléctrica y la concentración de una solución
3). Consulte la tabla de conductividad del agua
Tabla 2.Datos obtenidos en el laboratorio Table 2. Data obtained in the laboratory
Tabla de conductividad del Agua Agua ultra pura 0,055 mS/cm Agua destilada 0,5 mS/cm Agua de montaña 1,0 mS/cm Agua doméstica 500 a 800 mS/cm Max. Para agua 1055 mS/cm potable Agua de mar 56 mS/cm Agua salobre 100 mS/cm
Numer Conductivida Conductivida o de d de HCL en d del HSO4 en gotas el agua el agua en el agua 1 -30,06 KΩ -68,96 KΩ 2 -45,03 KΩ -7,36 KΩ 3 -19,96 KΩ -30,7 KΩ 4 -49,36 KΩ -5,13 KΩ 5 -37,23 KΩ -10,43 KΩ Debido a que los datos obtenidos en el laboratorio son incoherentes, no se pudo realizar un análisis de la relación existente entre la conductividad eléctrica y la concentración de una solución La conductividad de una solución es una medida de la facilidad con la cual la corriente eléctrica fluye a través de la solución. Esta varía con la temperatura y con la naturaleza y concentración del soluto. Debido a que los datos tomados durante el laboratorio son inconclusos e incoherentes no se logró deducir nada certero.
2). Clasifique los ácidos y las bases en fuertes y débiles según su conductividad Clasificación por su conductividad. Fuertes y Débiles.
Ácido fuerte: Sustancia que en solución acuosa pierde fácilmente su protón. Ácido débil: Sustancia que en solución acuosa pierde con dificultad su protón, no se disocia fácilmente. Base fuerte: Aquella que en solución acuosa se disocia fácilmente. Base débil: Aquella que en solución acuosa no se disocia fácilmente.
Tabla 3. Conductividad del agua Table 3. Water conductivity
4). ¿Qué iones son los responsables de la dureza del agua, como se determinan? Se define como dureza de una muestra de agua, la suma de la concentración de todos los cationes metálicos, sin incluir los alcalinos, presentes en dicha muestra, expresando su concentración en equivalentes de carbonato de calcio (CaCO3). Existen varios métodos para la determinación de la dureza del agua. Sin embargo, el método complejo métrico es el más rápido, eficiente y seguro. El ácido etilendiaminotetracetico, o simplemente esta posee seis átomos donadores con los que puede envolver al ion metálico. Su importancia como agente formador de complejos radica en la relación 1:1 en la que se combina con el catión independientemente de la carga que éste tenga, así como en la estabilidad de los productos que puede formar, en particular con los iones calcio y magnesio. Con base en esta reacción de formación de complejos, se concibe el método complejo métrico para el análisis de dureza del agua.
6.7Prediga que sucedería si las soluciones probadas que conducen la corriente eléctrica no se hubieran disuelto en agua sino en otro solvente? Durante el siglo XIX el célebre científico inglés Michael Faraday descubrió que las disoluciones acuosas de ciertos solutos tenían
la propiedad de conducir la electricidad, mientras que otras con solutos de diferente naturaleza química no lo hacían. El agua es un solvente polar (presenta un extremo positivo y otro negativo, formando polos) muy eficaz para compuestos iónicos. El proceso en el que un ion se rodea de moléculas de agua, distribuidas en una forma específica, se denomina hidratación. Esto quiere decir que mientras las soluciones se hubieran disuelto el un solvente polar, que no hubiera sido agua, aun así, conducirían la electricidad.
5). Liste las sustancias examinadas en orden decreciente de conductividad Según los datos obtenidos en el laboratorio en orden decreciente de conductividad es el siguiente:
Agua: 186,9 KΩ Etanol:159,63 KΩ Agua+ sacarosa: 137,86 KΩ Hidróxido de sodio: 29,13 KΩ Agua+ sal: 25,90 KΩ Acido ascético:18,49 KΩ Magnesio: 7,15 KΩ Dicromato de potasio+ agua: 4,4 KΩ Hierro: -20,06 KΩ Cobre: -35,3 KΩ
Dicromato de potasio fundido: no marca Dicromato de potasio: no marca Sal: no marca Sacarosa: no marca
Soluciones Patrones (N°1, N°2, N°3). Recipientes Plásticos Conductímetro Completo
Teniendo el Conductimetro totalmente armado y montado en gabinete, llevar a cabo los siguientes pasos: 1) Conectar el equipo a la red de alimentación (220Vac), y encenderlo. 2) Conectar la sonda de medición al conector H2. 3) Abrir la tapa posterior del gabinete. 4) Levantar J2 de la Placa A4. El Conductimetro ingresa al Modo CALIBRACION. A continuación, se calibrará el instrumento para 3 escalas de medición de conductividad bien definidas. Se emplearán 3 soluciones patrones de Cloruro de Potasio (KCl) de conductividad conocidas, preparadas según el estándar ASTM D1125-95. Cuyos valores a 25 °C son: Solución N°1: 147 μS/cm Solución N°2: 1413 μS/cm
Solución N°3: 12.88 mS/cm 5) Preparar 500cc de cada una de las soluciones de KCl patrón en 3 recipientes plásticos limpios, de por lo menos 10cm de altura, a una temperatura de 25 grados centígrados.
Se realizó una búsqueda exhaustiva, pero debido a la falta de datos en libros e internet, no fue posible comparar los datos obtenidos
6) Colocar primero la sonda en el recipiente que contiene la solución de menor conductividad (147 μS/cm), asegurándose que la parte metálica de la misma esté sumergida dentro la solución por lo menos 5cm.
6). Consulte con que sustancia y como se debe calibrar un conductimetro.
7) Esperar aproximadamente 5 segundos hasta que el LCD indique CAL-1 COMPLETA.
CONTROL Y CALIBRACIÓN INTEGRAL DEL CONDUCTIMETRO:
8) Quitar la sonda del recipiente y enjuagar la misma con agua destilada.
EQUIPOS Y ELEMENTOS NECESARIOS
9) Repetir el paso 6) para la solución de 1413 μS/cm.
10) Esperar aproximadamente 5 segundos hasta que el LCD indique CAL-2 COMPLETA. 11) Quitar la sonda del recipiente y enjuagar la misma con agua destilada.
12) Repetir el paso 6) para la solución de 12.88 mS/cm. 13) Esperar aproximadamente 5 segundos hasta que el LCD indique CAL-3 COMPLETA. 14) Quitar la sonda del recipiente y enjuagar la misma con agua destilada. 15) Una vez completada la calibración, volver a conectar J2 de la Placa A4. El conductimetro saldrá del Modo Calibración para ingresar al Modo Operación 16) Montar la tapa trasera del gabinete. El equipo está listo para utilizarse.
NOTA: Este procedimiento de calibración se recomienda realizarlo cada 6 meses de acuerdo a las exigencias de uso. Caso contrario se deberá acortar el plazo
7). Consulte el significado de los siguientes términos e incluya 5 más en este glosario
Electricidad: Forma de energía que produce efectos luminosos, mecánicos, caloríficos, químicos, etc., y que se debe a la separación o movimiento de los electrones que forman los átomos. Electrones: En química, el electrón, comúnmente representado por el símbolo
e−,
es
una
partícula
subatómica con una carga eléctrica elemental negativa Electrolitos: es cualquier sustancia que contiene en su composición iones libres, que hacen que se comporte como un conductor eléctrico. Debido
a que generalmente se encuentran iones en una solución, los electrolitos también son conocidos como soluciones iónicas, pero también son posibles electrolitos fundidos y electrolitos sólidos. Sustancias orgánicas: Las sustancias orgánicas son todas aquellas relacionadas con la vida, y se componen de carbono, de oxígeno o hidrógeno, mientras que las inorgánicas son sustancias "muertas", donde escasean estos elementos propios de la vida como el carbono, el oxígeno y el hidrógeno, o si bien existen, no están todos o no reúnen la agrupación adecuada o el enlace correcto como para considerarlos materia orgánica. Agua ultra pura: Agua con una resistencia de especifica mayor que 1 megohmnio-cm son los Metales: elementos químicos capaces de conducir la electricidad y el calor, que exhiben un brillo característico y que, con la excepción del mercurio, resultan sólidos a temperatura normal.
Agua destilada: Agua sometida a un proceso de evaporación y recondensación. Este proceso produce un agua muy pura ya que todo sólido disuelto queda retenido en el primer paso. Conductímetro: Es un instrumento que permite la medición de la conductividad de un líquido. También son llamados ocasionalmente conductivímetros. de Conductividad: Capacidad conducir la corriente eléctrica por los iones presentes en una solución. El agua pura es mala conductora de la electricidad, debido a que su capacidad de ionizarse es muy limitada. Cuantos más iones se
encuentren presentes en el agua mayor será su conductividad. Solución: Acción y efecto de resolver una duda o dificultad. En química dícese de la mezcla homogénea de dos o más sustancias. Suele llamarse soluto al que 4. CONCLUSIONES
Se logró diferenciar las características de las sustancias o materiales conductores y no conductores de acuerdo con los datos y análisis realizados en el presente informe. Se pudo reconocer y definir el termino electrolito.
