Conductimetria
miguelangel89620 de Mayo de 2014
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Conductimetría
La conductividad eléctrica, se define como la capacidad que tienen las sales inorgánicas
en solución (electrolitos) para conducir la corriente eléctrica. El agua pura, prácticamente
no conduce la corriente, sin embargo el agua con sales disueltas conduce la corriente
eléctrica. Los iones cargados positiva y negativamente son los que conducen la corriente,
y la cantidad conducida dependerá del número de iones presentes y de su movilidad. Los
iones positivos migrarán hacia el cátodo y los negativos hacia el ánodo.
En la mayoría de las soluciones acuosas, entre mayor sea la cantidad de sales disueltas,
mayor será la conductividad, este efecto continúa hasta que la solución está tan llena de
iones que se restringe la libertad de movimiento y la conductividad puede disminuir en
lugar de aumentar, dándose casos de dos diferentes conductividades con la misma concentración. En la siguiente tabla podemos
observar algunos de los valores de conductividad que están referidos a una temperatura de 25 °C.
Valores de conductividad de algunas muestras típicas
Temperatura de la muestra
25 ° C
Conductividad, μS/cm
Agua ultrapura 0.05
Agua de alimentación a calderas 1 a 5
Agua potable 50 a 100
Agua de mar 53,000
5 % NaOH 223,000
50 % NaOH 150,000
10 % HCl 700,000
32 % de HCl 700,000
31 % HNO3 865,000
Algunas sustancias se ionizan en forma más completa que otras y por lo mismo conducen mejor la corriente.
Cada ácido, base o sal tienen su curva característica de concentración contra conductividad.
Por ejemplo:
Son buenos conductores: los ácidos, bases y sales inorgánicas; HCl, NaOH, NaCl, Na2CO3, etc.
Pero son malos conductores: Las moléculas de sustancias orgánicas que por la naturaleza de sus enlaces son no
iónicas: como la sacarosa, el benceno, los hidrocarburos, los carbohidratos.... etc, estas sustancias, no se ionizan en el
agua y por lo tanto no conducen la corriente eléctrica.
Un aumento en la temperatura, disminuye la viscosidad del agua y permite que los
iones se muevan más rápidamente, conduciendo más electricidad.
Este efecto de la temperatura es diferente para cada ion, pero típicamente
para soluciones acuosas diluidas, la conductividad varía de 1 a 4 % por cada ° C.
Conociendo estos factores, la medición de la conductividad nos permite tener una
idea muy aproximada de la cantidad de sales disueltas.
Las soluciones de electrolitos son capaces de conducir la electricidad debido al movimiento de iones positivos y negativos.
La facilidad con que una solución deja pasar la corriente se refleja en una variable llamada conductancia, L, que es el recíproco de la
Material de apoyo para EQAyC 82
resistencia eléctrica. La figura 60 ilustra el proceso de conducción de la electricidad en una solución que contiene iones, y enseguida
se muestran las fórmulas para calcular la conductancia de una solución.
Figura 60. Conducción de electricidad en una solución electrolítica.
Conductancia, L, es la recíproca de la resistencia y se expresa en ohms recíprocos, o mhos.
L =
1
R
L = k
A
l
R =
1
k
l
A
Donde:
R = resistencia de la solución, Ω
k = conductividad (o conductancia específica), 1/Ω cm = mho/cm = S/cm
l = separación entre los electrodos, cm
A = área transversal de los electrodos, cm2
En la figura 61 se muestra un arreglo típico para medir la conductividad, k, de una solución. El aparato se llama celda
conductimétrica. A la relación
l
A
se le conoce como la “constante de celda”, ya que depende solamente de las dimensiones
geométricas de la celda, a una determinada temperatura. Otra definición de conductividad involucra a movilidad iónica, es decir, la
capacidad de los iones para moverse dentro de un campo eléctrico dado:
i i i k = FΣ Z u C
En donde:
F= Constante de Faraday (96, 500 C/eq)
i z
= Valor absoluto de la carga de un ion, eq/mol
ui = Movilidad Iónica, cm2/Vs
Ci = Concentración del seno de la solución, mol/cm3
k= Conductividad, S/cm
Obsérvese que la conductividad k puede definirse como la conductancia de un cubo de solución que mide 1 cm por lado. Otra
forma de definir la conductividad, k, (conductancia específica) es una medida de la capacidad de una solución para transportar
una corriente eléctrica por el desplazamiento de iones bajo la influencia de un campo eléctrico. Al igual que los conductores metálicos,
los electrólitos obedecen a la ley de Ohm.
Material de apoyo para EQAyC 83
Figura 61. Una celda conductimétrica.
La medición eléctrica se efectúa mediante un puente de Wheastone para medir resistencias. Las resistencias R1 y R2 son
fijas y su valor va de acuerdo al intervalo de conductividad que se pretende medir. La resistencia Rx es la que proporciona la solución
a la cual se le va a medir la conductividad. La resistencia R3 se varía en forma continua hasta poner en equilibrio el puente, de tal
forma que no pase corriente hacia el medidor.
Figura 62. Puente de Wheatstone conectado a una celda de conductividad.
Sin embargo, en la determinación de la resistencia de una solución electrolítica, debe utilizarse corriente alterna de cierta
frecuencia (no menor a 1000 Hz) para minimizar la polarización y evitar la electrólisis.
Así, un electrodo de 1 cm de separación y con área de 1 cm, tendrá una constante = 1
Figura 63. Diferencia entre Corriente Alterna (C.A.) y Corriente Directa (C.D.)
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CONDUCTANCIA EQUIVALENTE
Una variable muy utilizada en las mediciones electroquímicas es la conductividad equivalente L, que se define como la relación de
la conductividad k dividida entre la concentración equivalente de la solución.
Ceq
L = k
Donde:
Λ = conductancia equivalente, cm2/Ω EQ
Ceq = concentración equivalente, eq/cm3
K = conductividad (conductancia específica), S/cm
La resistencia que se mide, y por lo tanto, la conductividad, depende de los factores siguientes:
a. Las aéreas superficiales de los electrodos
b. La geometría de los electrodos
c. Las posiciones mutuas de los electrodos en la solución
d. La carga de las especies de la solución
e. Las concentraciones de las especies
f. La temperatura.
Como se ve en la lista, la resistencia que se mide depende no solo de las propiedades de la solución sino también de la geometría del
instrumento. Si se realiza esta medición en un mismo laboratorio con los mismos electrodos, será posible efectuar un análisis. Pero
esta información no será comparable de manera directa con la de otros laboratorios. Como resultado, la resistencia aparente (o su
reciproco, la conductancia) no es aplicable para describir las propiedades de las soluciones iónica.
En general, si en la solución está muy concentrada, contendrá muchos iones y será buena conductora; por el contrario, las soluciones
diluidas tendrán baja conductividad. Sin embargo, también es importante considerar la movilidad de los iones. La movilidad de un ion
se define como su velocidad límite bajo un campo eléctrico de 1 V/cm (figura 64).
Figura 64. Influencia de la movilidad iónica en la conductancia de una solución.
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Se ha encontrado que los iones más móviles son H+ y OH-. Por lo tanto, los mejores conductores son las soluciones de
ácidos y bases fuertes, ver la figura 65. Enseguida se encuentran las sales (que se disocian al 100 %) y al final los ácidos y bases
débiles.
Figura 65. Conductancia de ácidos, bases y sales en función de su fuerza.
A continuación se presentan ejemplos de la conductividad equivalente
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