Variación de Conductividad y Conductividad Molar con Concentración

La electroquímica es el estudio de las reacciones químicas que ocurren en una solución en la interfaz de un conductor de electrones (el electrodo: un metal o un semiconductor) y un conductor iónico (el electrolito). La transferencia de electrones ocurre entre el electrodo y el electrolito o especies en solución en estas reacciones.

Conductividad

La conductividad de una solución se define como la conductancia de una solución con una longitud de 1 cm y un área transversal de 1 cm cuadrado. La conductividad, o conductancia particular, es la inversa de la resistividad. La letra k se usa para significarlo. Si p representa la resistividad, podemos escribir:

K= 1/p 

La conductividad de una solución a cualquier concentración dada es igual a la conductancia (G) de una unidad de volumen de solución entre dos electrodos de platino con la misma área transversal y separados por la misma distancia.

es decir, 

GRAMO = K × un/l = K × l = K

(Puesto que a = 1, l = 1)

Tanto para electrolitos débiles como fuertes, la conductividad disminuye a medida que disminuye la concentración. Esto se debe a que a medida que disminuye la concentración de una solución, se reduce el número de iones por unidad de volumen que transportan la corriente en la solución.

conductividad molar

La conductancia del volumen V de una solución que contiene 1 mol del electrolito mantenido entre dos electrodos con el área de sección transversal A y distancia de unidad de longitud es la conductividad molar de una solución a una concentración particular.

UN _metro = K × A/l

Ahora, l = 1 y A = V (volumen que contiene 1 mol del electrolito).

A _m = KV

Con una disminución en la concentración, aumenta la conductividad molar. Esto se debe al hecho de que cuando se diluye una solución que contiene un mol de electrolito, el volumen total V de la solución aumenta.

El siguiente gráfico muestra la fluctuación de A _m con √c para electrolitos fuertes y débiles:

Variación de Conductividad Molar con Concentración para Electrolitos Fuertes y Débiles

• Variación de la Conductividad Molar con la Concentración para Electrolitos Fuertes

La conductividad molar crece lentamente con la dilución en electrolitos fuertes, y tiene tendencia a acercarse a un valor límite a medida que la concentración se acerca a 0, es decir, cuando la dilución es infinita. La conductividad molar a dilución infinita es la conductividad molar a medida que la concentración se acerca a 0 (dilución infinita). Se denota por A _m °

A _m = A _m ° ,cuando C ⇢ 0 (a dilución infinita)

Podría usarse la expresión para el cambio de conductividad molar con la concentración.

UN _metro = UN _metro ° – AC ^1/2

dónde 

• A es constante y A° representa la conductividad molar a dilución infinita. 

Esta ecuación, conocida como la ecuación de Debye Huckel Onsager, se cumple a bajas concentraciones.

• Variación de Conductividad Molar con Concentración para Electrolitos Débiles

Cuando se oponen a los electrolitos fuertes, los electrolitos débiles se disocian a un nivel mucho más pequeño. Como resultado, en comparación con electrolitos fuertes, la conductividad molar es baja.

Sin embargo, la variación de Am con C ^1/2 es tan enorme que la extrapolación de _Am contra C ^1/2 no puede producir conductancia molar a una dilución infinita (A _{m °} ).

Variación de la Conductividad Molar con la Concentración

(A) Comportamiento de conductancia de electrolitos débiles

El grado de disociación con la dilución determina la cantidad de iones suministrados por un electrolito en una solución. El grado de disociación aumenta a medida que aumenta la dilución y, como resultado, aumenta la conductancia molar. El valor límite de la conductancia molar (A _m ) corresponde a un grado de disociación de 1, lo que significa que el electrolito se disocia completamente.

En cada concentración, por lo tanto, se puede estimar el grado de disociación.

α = UN _metro ^c / UN _metro °

donde α representa el grado de disociación, A _m ^c representa la conductancia molar a concentración C , y A _m ° representa la conductancia molar a dilución infinita.

• Comportamiento de conductancia de electrolitos fuertes.

Para electrolitos fuertes, no hay aumento en el número de iones con la dilución porque los electrolitos fuertes están completamente ionizados en solución en todas las concentraciones.

Las fuerzas interiónicas son fuertes fuerzas de atracción entre iones de cargas opuestas en soluciones concentradas de electrolitos fuertes. En soluciones concentradas, la capacidad conductora de los iones se reduce debido a estas interacciones interiónicas. Los iones se separan más como resultado de la dilución y las fuerzas interiónicas disminuyen. Como resultado, la conductividad molar aumenta a medida que se diluye la solución. Cuando la concentración de la solución es extremadamente baja, las atracciones interiónicas son mínimas y la conductancia molar se aproxima al valor límite conocido como conductancia molar a dilución infinita. Este número es único para cada electrolito.

Ejemplos de preguntas 

Pregunta 1: ¿Qué efecto tiene la concentración de una solución en su conductividad específica?

Responder:

La conductividad específica disminuye a medida que disminuye la concentración. Esto se debe a que la cantidad de iones energizados por unidad de volumen en una solución disminuye con la dilución. Por lo tanto, la concentración y la conductividad son directamente proporcionales entre sí.

Pregunta 2: Explique por qué el ion Cu ⁺ no es estable en soluciones acuosas.

Responder:

Cu ²⁺ es más estable en medios acuosos que Cu ⁺ . Esto se debe a que, si bien la eliminación de un electrón de Cu ⁺ a Cu ²⁺ requiere energía, la alta energía de hidratación de Cu ²⁺ lo compensa. Como resultado, el ion Cu ⁺ es inestable en una solución acuosa. Cu ²⁺ y Cu se producen de manera desproporcionada.

2Cu ⁺ _(ac) ⇢ Cu ²⁺ _(ac) + Cu _(s)

Pregunta 3: La conductividad molar de 0,025 mol L ^-1 de ácido metanoico es 46,1 S cm ² mol ^-1 . Calcular su grado de disociación y constante de disociación. Dado λ ⁰ (H ⁺ ) = 349,6 S cm ² mol ^-1 y λ ⁰ (HCOO ^– ) = 54,6 S cm ² mol.

Responder:

Dado que,

C = 0,025 mol L ^-1

A _m = 46,1 S cm ² mol ^-1

 λ ⁰ (H ⁺ ) = 349,6 S cm ² mol ^-1

 λ ⁰ (HCOO ⁻ ) = 54,6 S cm ² mol ^-1

UN _metro °(HCOOH) = λ ⁰ (H ⁺ ) + λ ⁰ (HCOO ⁻ ) 

= 349,6 + 54,6

= 404,2 S cm ² mol ^-1

Ahora, grado de disociación:

α = A _m (HCOOH)/A _m °(HCOOH)

= 46,1/404,2

= 0,114 (aprox.)

Por lo tanto, constante de disociación:

K = c×α ² /(1−α)

= (0,025 mol L ^-1 )(0,114) ² /(1 − 0,114)

= 3,67×10 ^-4 mol L ^-1

Pregunta 4: La conductividad de una solución 0,20 M de KCl a 298 K es 0,0248 S/cm. Calcular su conductividad molar 

Responder:

Dado:-

 K= 0,0248 S/cm

C= 0.20M

A _m = K×1000/C

= (0,02481000)/0,2

= 124 S cm ² mol ^-1

Pregunta 5: Demuestre que “La conductividad molar aumenta con una disminución de la concentración”.

Responder:

Mantener la longitud es igual a uno.  

Multiplique la longitud ‘l’ en numerador y denominador

Un _metro = K×A/l

Mantener la longitud es igual a uno.  

Multiplique la longitud ‘l’ en numerador y denominador

A _m = K×A/l × l/l
Como l=1 y A×l =V volumen 

A _m = KV

La concentración es baja, el volumen crece y el área de la sección transversal se expande. Como resultado, aumentan tanto el volumen como la conductividad molar. Cuando la concentración es baja, el volumen aumenta.

Debido a que ‘K’ está relacionado con la conductividad, cuando aumenta la concentración, ‘K’ aumenta mientras que ‘V’ disminuye. Cuando la concentración cae, ‘K’ también cae, mientras que ‘V’ sube. El cambio en el valor de ‘V’ es significativamente mayor que el cambio en el valor de ‘K’.