CONDUTIVIDADE DAS SOLUÇÕES ELETROLÍTICAS

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José Borba de Andrade
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1 CONDUTVDADE DAS SOLUÇÕES ELETOLÍTCAS Prf. Harey P. Martins Fih Suções eetríticas Eetróits: substâncias que quand dissvidas e água (u e utrs sventes adequads) cnduze crrente eétrica. Eetróits frtes: sais inrgânics, hidróxids acains e acain-terrss, airia ds ácids inrgânics ata cndutividade eétrica e suçã. Eetróits fracs: ácids rgânics, aguns ácids inrgânics (ácids carbônic, sufídric, cianídric, bóric e hipcrs), aguas bases inrgânicas (hidróxids de aôni, de zinc e de chub) baixa cndutividade eétrica e suçã. 1

Mecanis da cnduçã iônica Fatres que deterina a resistência que ua suçã eetrítica específica terá: Eetróits tê carga e vue diferentes Svente te ua viscsidade intrínseca Cada eetróit te ua caada de

2 Mecanis da cnduçã iônica Fatres que deterina a resistência que ua suçã eetrítica específica terá: Eetróits tê carga e vue diferentes Svente te ua viscsidade intrínseca Cada eetróit te ua caada de svataçã específica, que auenta a resistência a vient. Atrações eetrstáticas entre íns de carga psta, que auenta c a cncentraçã. Fatres que ateraria sistea durante ua edida de cndutividade e crrente cntínua: Vecidades ds íns de carga psta pde ser diferentes aparecient de gradientes de cncentraçã através da suçã. Eetróise ns eetrds cnsu d ateria da suçã. Us de crrente aternada ( 1 khz) evita ateraçã d sistea.

Cndutância: G = 1/ ( u S (Sieen)) A cndutância é funçã d cprient d crp cndutr (distância entre s

3 Cndutividade Lei de Oh: = resistência (V C s = (h)) Medida prática: pnte de Wheatstne Ajustand-se a resistência variáve 3 até que nã haja crrente acusada n aperíetr, pde-se strar que Cndutância: G = 1/ ( u S (Sieen)) A cndutância é funçã d cprient d crp cndutr (distância entre s eetrds) e da área da seçã reta d crp (área ds eetrds): G A = cndutividade (S ) G 1 A A Céua de cndutividade 3

4 Na prática nã é fáci edir e A das céuas ais cuns. C ua suçã padrã de cndutividade cnhecida, ede-se a resistência e caibra-se fatr /A da céua (cnstante da céua C): A C padrã padrã C a cndutividade depende de núer de íns e suçã, intrduz-se a cndutividade ar: c (S / -3 = S ) nde c é a cncentraçã ar da suçã. Unidade ais cnveniente de : S. Exep: Para KC 0,100 L a 5,0 C, = 1,9 S. A resistência edida para esta suçã e ua dada céua fi de 8,44. Para ua suçã de NaOH 0,0500 L, a resistência edida fi de 31,60. Cacuar para NaOH 0,0500 L. Cnstante da céua: C = padrã padrã =,padrã c padrã padrã = 1, , ( -3 )8,44 = 36,7 Para NaOH: = C/ = 36,7/31,60 = 1,16 S = 1,16 (S )/0, ( -3 ) = 0,03 S (3, S ) 4

5 Na verdade a própria cndutividade ar varia c a cncentraçã, e a fra da variaçã depende d eetróit. Auent da cncentraçã faz auentar atrações interiônicas, que retarda a vientaçã iônica enr cndutividade ar Auent da cncentraçã faz c que dissciaçã diinua auent da quantidade ds íns é enr que auent da cncentraçã enr cndutividade ar Eetróits frtes Dissciaçã cpeta n de íns prprcina à cncentraçã nina diinuiçã da cndutividade ar advé apenas das interações interiônicas. Lei de Khrausch: Kc 1/ é a cndutividade ar iite (para c = 0) e K é ua cnstante dependente principaente da estequietria d eetróit. Khrausch tabé exainu as cndutividades ares e diuiçã infinita para diverss pares de eetróits frtes que cntinha íns e cu: 5

6 Eetróit Diferença Eetróit Diferença KC 14,986 KBr 15,19,341 NaC 1,645 KC 14,986 0,06 KBr 15,19 NaBr 1,851,341 NaBr 1,851 NaC 1,645 0,06 KNO 3 14,496 LiBr 11,709,341 NaNO 3 1,155 LiC 11,503 0,06 Lei de Khrausch da igraçã independente ds íns: E diuiçã infinita, quand a dissciaçã de u eetróit é cpeta e tds s efeits interiônics desaparece, cada ín igra independenteente de seu cntra-ín e faz ua cntribuiçã definida para a cndutividade ar a diuiçã infinita d eetróit, independente da natureza d utr ín d eetróit. = núer de íns pr ín-fórua d eetróit = cndutividade ar iite de u ín Exep: Ba+ = 1,7 S e C- = 7,63 S (BaC ) = 11,7 + 7,63 = 7,98 S Misturas de eetróits Se íns igra independenteente, cndutividades de eetróits isturads sã aditivas: i i Pr exep, e suções uit diuídas de eetróits a cndutividade da suçã te participaçã iprtante ds íns da água para a deterinaçã da cndutividade ar d eetróit, deve-se subtrair da cndutividade edida a cndutividade da água pura (76 S ). 6

7 Eetróits fracs Dissciaçã parcia e suçã depende d grau de inizaçã d eetróit (grau de desprtnaçã, n cas de ácids), que é a fraçã de íns-fórua dissciads e suçã. Para ua cncentraçã nina d eetróit c, a cncentraçã de eetróit dissciad é c diss = c., diss c c / c diss,diss é a cndutividade ar da parte dissciada d eetróit. Pdes aprxiá-a pe var da cndutividade ar iite d eetróit: O grau de inizaçã é funçã da cncentraçã. Pdes usar a cnstante de equiíbri da inizaçã para encntrar a reaçã. Para a inizaçã de u ácid frac, pr exep: diss K a [ H3O ][ A ] [ HA] Cncentrações e equiíbri na dissciaçã de u dad ácid: Cnstante de acidez e ters de aridade: esvend equaçã de segund grau para e funçã de K a : Lg, a dependência de c a cncentraçã é da fra K 4c 1/ a c 1 K 1 a 7

8 Exep: deterinaçã d pk a de u ácid frac, cnhecend-se as cndutividades ares iite ds íns H + (34,96 S ) e d Ac - (4,09 S ) A resistência de ua suçã 0,0100 L de CH 3 COOH na esa céua d exep acia fi de 0. Cndutividade ar iite: = 1 34, ,09 = 39,05 S Cndutividade: = C/ = 36,7 /0 = 1, S Cndutividade ar: = 1, S /0, = 1, S pk a 1,65 39,05 g(1,9 10 0,043 K 5 ) 4,7 a (0,043) 0,0100 1, ,043 5 A dependência de c c perite bter a cndutividade iite de u eetróit frac. nvertend a equaçã para K a e ters de : 1 1 c c 1 1 K c K K a a Usand para a reaçã c cndutividades ares, btése a Lei da diuiçã de Ostwad: 1 c 1 1 Ka a 1 K a c Ceficiente inear dá a cndutividade ar iite d eetróit. 8

9 As biidades ds íns A vecidade de deriva Frça sbre u ín c carga ze e u cap eétric unifre (E cnstante): F zee Cap eétric entre dis eetrds c diferença de ptencia a ua distância u d utr: E Frça friccina de atrit sbre ín aceerad pe cap eétric, cnsiderad c ua esfera de rai a e vecidade instantânea s, e íquid de viscsidade (Lei de Stkes): F fric 6as À edida e que ín aceera, F fric auenta. Quand as frças se equiibra, ín atinge ua vecidade de deriva cnstante: s zee 6a s é inearente prprcina a E. Definind a biidade iônica u: ze u s = ue nde 6a C C u (kg s ) kg s V E s s J V kg s kg s kg s - V s V 9

Exep: Vecidade de u ín Cs + entre dis eetrds separads pr 1 c c = 1,0 V. z = +1, a = 170 p HO = 1,0 cp (1 cp = 110-3 kg s ).

10 Exep: Vecidade de u ín Cs + entre dis eetrds separads pr 1 c c = 1,0 V. z = +1, a = 170 p HO = 1,0 cp (1 cp = kg s ) ,60 10 u , ,0 E 100V s s V s Ín passa pr 10 4 écuas de svente pr segund. Mbiidade e cndutividade A cndutividade (parâetr epíric) e a biidade (parâetr teóric) pde ser reacinadas. Anaisand a crrente que passa pr ua seçã de ua suçã de área A, d pnt de vista da cndutividade ar iite de u dad ín: A ca 1 A D pnt de vista da biidade, quantidade de íns que passa pea seçã de área A e 1 segund é a quantidade cntida e u vue Ad, nde d = s1 = s n = cv = cas (e s). E núer de íns, n ins = nn A = casn A. 10

11 Se cada ín carrega ua carga ze, a carga tta que passa pea seçã pr segund (crrente) é zecasn A = zcasf. Send a vecidade d ín definida pea sua biidade iônica, zcasf zca ue F zcauf Equiparand as duas equações para a crrente, ca zcauf zuf s V C A S V Para íns vuss ( 4 N +, CO, = cadeia de carbn), u é inversaente prprcina a a. Para íns pequens pde crrer cntrári. Exep: cndutividade auenta d Li + a Cs +. Na verdade, a é rai hidrdinâic, que pde incuir a esfera de svataçã d ín. ntensidade da svataçã depende d cap eétric na superfície d ín, que pr sua vez depende de ze/r íns pequens tê esfera de svataçã rígida c grande vue hidrdinâic. As écuas da esfera sã bastante ábeis e reaçã a sei da suçã, cntud. Cparand-se H + c Li + (esa carga), H + teria svataçã ais fire, as sua cndutividade é excepcinaente ata. Pe ecanis de Grtthuss, u cátin hidrôni perde prótn para ua écua de água vizinha, que trna-se hidrôni até perder prótn para utra vizinha e assi pr diante. O vient d prótn acntece se que as écuas de água va-se. 11

Detahaent d ecanis de Grtthuss, segund pesquisas recentes: Cátin H 9 O 4 + Quebra de duas igações de H e rearranj das utras igações para frar cátin H 5 O + Nv cátin H 9 O 4 + Núers de transprte Íns

12 Detahaent d ecanis de Grtthuss, segund pesquisas recentes: Cátin H 9 O 4 + Quebra de duas igações de H e rearranj das utras igações para frar cátin H 5 O + Nv cátin H 9 O 4 + Núers de transprte Íns de carga diferente se ve e direções pstas, send a crrente tta a sa das crrentes individuais + e -. O núer de transprte t de u ín é a fraçã que a sua crrente representa na crrente tta: t eaçã c cndutividade: t 1 t t 1 A c A A 1

13 De d anág, para a crrente tta: t t c A O var de assi btid crrespnde à cncentraçã de eetróit usada. O var váid para a ei da igraçã independente dependeria de u núer de transprte iite t extrapad de váris experients. eaçã c biidades iônicas: zu t z u z u Ua equaçã anága vae para t -. Mas para quaquer eetróit, + z + = - z - e entã t u u u Medida experienta d núer de transprte Métd da frnteira óve Para u cátin M +, sã necessárias suções de dis sais MX e NX, ua das quais será ais densa que a utra. Diferença entre índices de refraçã cria frnteira visíve entre as suções (u ua deas pde ser crida c u indicadr). C apicaçã de crrente cnhecida, cátins vã para cia e ânin para baix frnteira sbe 13

14 Carga transferida durante tep t: t Carga transferida pes cátins M + n tep t: Núer de cátins transferids através da psiçã fina da frnteira: N + = + cvn A,nde V é vue de suçã percrrid pea frnteira óve. Carga psitiva transferida: Q + = z + en + = z + e + cvn A = z + + cvf t t t Q Q z cvf t t -3 C s 3 C s adiensina 14

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