Determinación de la Conductividad
Eléctrica
1.- Generalidades
La conductividad
eléctrica, se define como la capacidad que tienen las sales inorgánicas
en solución
( electrolitos ) para conducir la corriente
electrica.
El agua pura, practicamente 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.
En la mayoría de las soluciones acuosoas,
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 aumentas, dándose casos de dos diferentes concentraciones con la misma
conductividad. ( ver Tabla )
Todos
los valores de conductividad están referidos a una tempertatura de referencia 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.
Son buenos conductores : los ácidos, bases y
sales inorgánicas: HCl, NaOH, NaCl, Na2CO3 ....etc.
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 temperarura,
disminuye la viscosidad del agua y permite que los iones se muevan más
rapidamente, conduciendo más electricidad. Este efecto de la temperatura es
diferente para cada ion, pero tipicamente 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.
1.1.- Almacenaje de la muestra
Las muestras se deben tomar en frascos de vidrio o
polipropileno, perfectamente tapados.
1.2.- Campo de
aplicación
Este método de prueba es aplicable a la detección de impurezas
y en algunos casos a la medición cuantitativa de los constituyentes iónicos
disueltos presentes en el agua:
- Verificación de la pureza del agua destilada y
desionizada.
- Verificar en forma rápida la variación del contenido de
sales disueltas en aguas superficiales, de uso doméstico e industrial.
- Analizar cuantitativamente los sólidos totales disueltos en
una muestra de agua. Esto se puede obtener, multiplicando el valor de la
conductividad por un factor de correlación empírico que puede variar de 0.5 a
0.9, dependiendo de los componentes solubles y la temperatura de la muestra.
Este factor se puede determinar mediante análisis comparativos de sólidos
disueltos totales por evaporación y determinaciones del valor de la
conductividad correspondiente. Este factor de correlación solo es válido
cuando la muestra tiene un pH entre 5 y 8 a valores mayores o menores del pH,
los resultados no serán confiables.
2.- Principios
La conductividad eléctrica es el recíproco de la
resistencia a-c en ohms, medida entre las caras opuestas de un cubo de 1.0 cm de
una solución acuosa a una temperatura especificada. Esta solución se comporta
como un conductor eléctrico donde se pueden aplicar las leyes físicas de la
resistencia eléctrica.
Las unidades de la conductividad
eléctrica son el Siemens/cm ( las unidades antiguas, erán los mhos/cm que
son numéricamente equivalentes al S/cm ).
En la
práctica no se mide la conductividad entre electrodos de 1 cm3
sino con electrodos de diferente tamaño, rectangulares o cilíndricos, por lo que
al hacer la medición, en lugar de la conductividad, se mide la conductancia, la
cual al ser multiplicada por una constante ( k ) de cada celda en particular, se
transforma en la conductividad en S/cm.
Conductividad = Conductancia de la muestra *
k
k = d/A
k: Constante de
la celda
d: distancia de
la separación de los electrodos
A: Area de los
electrodos
Así, un electrodo de 1 cm de separación y
con area de 1 cm , tendrá una k = 1
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.
2.1- Interferencias
- La exposición de la muestra al aire
atmosférico, puede causar cambios en la conductividad, debido a pérdida
o ganancia de gases disueltos, en especial el CO2. Esto es
especialmente importante para aguas de alta pureza, con concentraciones bajas
de gases y sustancias ionizables. Para evitar esto se debe
tener una atmósfera inerte de
nitrógeno o helio sobre la muestra.
- Sustancias no disueltas o materiales que
precipiten lentamente en la muestra, pueden causar ensuciamiento en la
superficie de los electrodos y causar lecturas erroneas.
- El ensuciamiento por sustancias
orgánicas, bioensuciamientos y corrosión de los electrodos, causan
lecturas inestables o erroneas.
- El factor de correlación para obtener los valores
cuantitativos de los sólidos totales disueltos solo es válido cuando la
muestra tiene un pH entre 5 y 8, a valores mayores o menores de pH, los
resultados no serán confiables. Se tendrá que ajustar el valor del pH a cerca
de 7.0 utilizando un ácido o una base débil según
sea necesario.
3.- Aparatos
- Conductímetro manual o automático
que se base en un puente de Wheastone para medir la
conductividad o la conductancia de la muestra. Debera tener corrección automática o manual para la temperatura Ya que
las lecturas se refieren a 25 ° C. La lectura puede ser analógica o
digital.
- Celdas del tipo de inmersión de constante de celda de
acuerdo con el circuito del aparato. Es necesario leer el
instructivo de operanción del equipo.
4.- Material
Termómetro de 0 a 110 °
C
Vaso de precipitado de forma larga, de 100ml
4.1.- Reactivos
Alcohol etílico del 95 % ( Para el lavado de los electrodos )
Agua
destilada ultra pura, especificación ASTM D1193 Tipo I
Cloruro de potasio: de 100 % +/- 0.1
de pureza. Secarlo a 150 ° C durante 2 horas, guardarlo en un desecador.
Solución estandar (1) de cloruro de potasio KCl
: Disolver 0.7440 g de KCl en agua destilada ASTM tipo I y diluir a 1 litro.
Esta solución tiene una conductividad de 1408.8
µS/cm.
Solución estandar (2) de
cloruro de potasio KCl : Diluir 100 ml de la solución estandar (1) a 1000 ml
en un matraz aforado y a 20 ° C. Esta solución tiene una
conductividad específica de 146.9 µS/cm.
5.- Estandarización
Para verificar el estado general del conductímetro, se
deben hacer mediciones de la conductividad de las soluciones estandar 1 y 2 y en
su caso calibrar la lectura del instrumento a que den los valores
especificados.
6.- Cálculos
Si el instrumento da lecturas en conductancia:
Conductividad = Conductancia * k
k = Constante de la celda
Si el instrumento da lecturas en conductancia, anotar el valor
tal como se observa en la escala.
Para ambos casos el valor de la conductividad está en microSiemen/cm;
referido a una temperatura de 25 ° C.
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