Unidade Curricular: Física Aplicada

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1 FFUP Física Aplicada 203/204 Mestrado Integrado em Ciências Farmacêuticas Unidade Curricular: Física Aplicada Aulas Laboratoriais Trabalho laboratorial nº. 7 Estudo das propriedades elétricas de soluções: aplicação à determinação das constantes de dissociação de eletrólitos

2 FFUP Física Aplicada 203/204 OBJECTIVOS: Rever conceitos sobre a condução de corrente elétrica; aplicar com objetivos analíticos uma corrente elétrica; rever conceitos sobre eletrólitos; familiarizar os estudantes com equipamentos e circuitos elétricos básicos BREVE REFERÊNCIA A ALGUNS CONCEITOS FUNDAMENTAIS Algumas substâncias quando em meio aquoso são capazes de conduzir eletricidade porque se dissociam produzindo iões com carga elétrica (catiões e aniões), sendo então designadas de eletrólitos. Se um campo elétrico for aplicado na solução, os iões migrarão para o elétrodo com carga contrária à sua, promovendo a passagem de uma corrente elétrica. Diversos parâmetros afetam a movimentação dos iões em solução como seja o grau de ionização, a concentração do eletrólito e a natureza do solvente. Se uma solução de um eletrólito conduz corrente elétrica é designada de eletrolítica. Se tal não ocorre ou ocorre em muito pequena extensão, é designada de não-eletrolítica. Apesar de a água ser uma dos solventes mais utilizados e permitir a dissociação de muitas substâncias, um grande número de solventes podem ser utilizados na produção de soluções eletrolíticas, ou seja soluções em que ocorre dissociação de espécies químicas dissociáveis e capazes de conduzir corrente elétrica, sendo usual classificar essas soluções em função da capacidade de condução da corrente elétrica como eletrólitos fortes e fracos. Nos condutores eletrónicos a resistência aumenta com o aumento da temperatura. Já nos condutores eletrolíticos a resistência diminui com o aumento da temperatura, diminuição da viscosidade e do grau de hidratação dos iões em solução. Na avaliação da resistência de um eletrólito há que ter em conta as características da célula de medida, nomeadamente, a área dos elétrodos e a distância que os separa. Ao ser aplicada uma tensão entre os elétrodos a corrente que flui irá depender não só da resistência da solução mas também dos referidos parâmetros. O cálculo da resistência de uma solução pode ser feito com base na lei de Ohm (V = RI) sendo por sua vez R uma função da resistência específica da solução ou resistividade (ρ), da área dos elétrodos (S) e da distância entre eles (L). Assim a resistência será dada por: R = ρ L S A condutividade (ou condutância específica) de uma solução é função da concentração dos iões em solução. No caso de soluções ideais, existe uma relação linear

3 FFUP Física Aplicada 203/204 entre a condutividade específica e a raiz quadrada da concentração sendo a linearidade apenas observada para soluções diluídas de eletrólitos fortes. No caso de eletrólitos fracos não há linearidade. A condutividade molar (Λ m ) permite expressar a dependência da condutância de uma solução em função da sua condutividade(k) e da concentração: Λ m = 000 k(s. cm ) C(mol. cm 3 ) = S. cm 2. mol = Ω cm 2 mol Através da equação de Kohlrausch é possível estabelecer uma relação entre a condutividade molar e a concentração de um eletrólito forte Λ m = Λ k e c que permite calcular o valor da condutividade molar para uma diluição infinita (Λ ); no caso de eletrólitos fracos, utiliza-se a equação de Ostwald: = + Λ m Λ K a Λ Λ 2 mc sendo K a a constante de dissociação do eletrólito. Como se pode inferir, a representação gráfica de determinar a interceção na origem, ou seja K a Λ 2, podese determinar o valor da constante de dissociação, K a. Λ m em função de Λ m c, permite Λ ; A partir do valor do declive, 2

4 FFUP Física Aplicada 203/ EXECUÇÃO LABORATORIAL 7.2. Equipamento e soluções a ensaiar: - Condutivímetro com célula de medida - Suporte de elétrodos - Solução de CH 3COOH ( mol/l) - Água desionizada - Copos (goblets) - Pipetas - Balões volumétricos Modo de proceder Ligue o condutivímetro 2 Prepare, a primeira solução a partir da solução de CH 3COOH M e as seguintes por diluição sucessiva: Solução (mol/l) Meça a condutividade de todas as soluções - verificar a escala (ms ou S) - verificar a constante da célula de condutividade - medir a condutividade da água usada na preparação das soluções - efetuar as medidas começando pelas mais diluídas - repetir sempre as medidas e verificar se os valores são idênticos 5 - depois de terminar as medidas, lave a célula de condutividade com água e deixe-a mergulhada em água. 6 Desligue o condutivímetro e lave todo o material. 3

5 FFUP Física Aplicada 203/204 5 Complete a seguinte tabela Solução (mol/l) da solução, k s ( S/cm) (mol/cm 3 ) do eletrólito, k e ( S/cm) molar, Λ m, (S.cm 2.mol - ) Notas: K água ( S/cm)= Constante da célula (cm - ) = ke = ksolução - kágua Λ m = 000 k e(s. cm ) c(mol. cm 3 ) A - representar graficamente a condutividade elétrica das soluções em função da concentração B determinar a condutividade molar a diluição infinita, Λ, a partir do gráfico obtido C - determinar a constante de dissociação k a do CH 3COOH