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* P R E G U N T A S
31.1 Iden tifiqense los p o rtad o re s d e carga en m etales y en so luciones inicas.
31.2 P o r que deben se r exac tas las leyes d e e lectr lisis de F a rad ay ?
3 1 3 P o r que se utiliza co rrien te a lte rn a en las m ediciones de co n d u ctiv id ad d e iones en so lu c i n ?
31.4 P o r qu los iones d e un e lectr lito fuerte m ig ran in d ep en d ien tem en te a ba jas co n cen trac iones?
31.5 La co n d u ctiv id ad equ iva len te de un e lectr lito dbil va ria a p ro x im ad am en te con c ~ '1 (Fig. 31.3). Expliqese e s to en funcin de la co n s tan te d e equ ilib rio p a ra un g ra d o d e d isoc iacin pequeo.
31.6 Iden tifiqense los d o s efectos q u e p ro d u cen u n a d ism inucin en A con la co n cen trac i n p a ra e lectr lito s fuertes.
31.7 Q u a sp ec to d e la ecuacin (31.71) m u estra q u e el po tenc ia l d e d ifusin es un po tencial de estad o e s tac io n a rio y n o d e eq u ilib rio ?
P R O B L E M A S
31.1 Se ap lica una d iferencia de po tencial d e 100 V a travs d e un a lam b re d e 2.0 m d e longitud y 0.050 cm d e d im etro . Si la co rrien te es 25 A, calclesea) la resistencia y co n d u ctan c ia d e l a lam bre .b) la fuerza del cam po.c) la d en sid ad de corriente.d) la resistiv idad y co n d u ctiv id ad d e l a lam bre .
3 1 .2 U n a lam b re m et lico con d u ce u n a co rrien te de I A. C u n to s e lectrones p a san p o r un p u n to del a lam b re en ls?
3 1 .3 L a resistiv idad del co b re es 1,72 x 10 ~ S Q m. C alclese la co rrien te si se im prim en 20.0 V a un a lam b re de 6.0 m d e lo n g itu d y 2.0 x 10'5 m d e d im etro .
3 1 .4 U n a ho ja de p la ta d e 0.00254 cm d e espeso r y 0.50 m m d e an ch o , co n ec ta d o s p u n to s sep arad o s4,2 cm . Si la co rrien te q u e p asa p o r la ho ja es 1,5 rnA, cul es la c a d a d e po tenc ial en tre los d o s p u n to s? P a ra la p la ta , k = 6.30 x 107 S /m .
3 1 .5 Si se ap lica una d iferencia d e po tenc ia l de 10.0 mV en tre los ex trem o s de un tro zo d e a lam b rede h ierro d e 0.1024 cm de d im etro y 58.4 cm de longitud , fluye u n a co rrie n te de 145 mA.C alclese la resistiv idad del a lam b re de h ierro .
3 1 .6 P a ra el p la tino , el coeficiente H all es - 2 ,0 0 x 1 0 " n r '/C , la resistiv idad es 10,6 x 10 BQm , y la d ensidad es 21.45 g /cnv '. C alclesea) la m ovilidad de los electrones.b) el n m ero de e lectrones p o r tom o.c) Si se p asa u n a co rrien te d e 122 m.A p o r u n a ho ja de 0.00508 cm de espeso r y 2.12 cm
de ancho , cul es el v a lo r de l po tenc ia l H all en un cam p o m agntico de 0.500 tesla?
3 1 .7 En una m edicin d e l efecto H all, se p as una co rrie n te d e 2.00 A a travs d e u n a tira d e p lata d e 1.50 cm d e an ch o y 0.0127 cm d e espesor. Se p ro d u jo un po tencial tran sv ersa l d e 1.32 pV. u tilizan d o un cam p o m agntico d e 0.750 tesla. C alclese el coeficiente H all p a ra la plata.
3 1 .8 U n a so lucin de c id o sulfrico se electro liza u san d o una co rrien te de 0.10 A d u ra n te tres horas.C u n to s c m 3 (a S T P ) d e h id r g en o y oxigeno se p roducen?
3 1 .9 El c lo ra to d e p o tas io se p re p a ra p o r m edio d e la electr lisis del KC1 en so lu c i n bsica:
6 Q H " + C1 CIO 3" + 3H .O + 6e"
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Si se u tiliza s lo el 60 % d e la co rrien te en esta reaccin , qu tiem po se requ iere p a ra p ro d u c ir 10 g de K C lO j u san d o una co rrien te de 2 A?
Q u m asa de AgCI se p ro d u ce en un n o d o de p la ta e lectro lizado en u n a so lu c i n d e HCI por una co rrien te de 0,50 A q u e p asa d u ra n te 2.5 h?
Si se d ep o sitan 0,4793 g en el c to d o d u ra n te la electr lisis d e u n a so lu c i n d e n itra to de p la ta d u ra n te 4 h, 27 m in y 35 s, cul fue la co rrie n te p ro m ed io que pas d u ra n te el experim en to?
Se pasa u n a co rrie n te d u ra n te 3 h, 10 m in y 18 s a travs de una so lu c i n d e K I ; se requ ieren 34,62 ml d e una so lu c i n d e 0.1046 m ol/l d e N a2S20 3 p a ra t itu la r el yo d o lib e rad o d e acuerdo con la reaccin
I2 + 2 S 2O r ----------- 2 1 - + S40 ~ .
C ul es la co rrien te p ro m ed io q u e p asa d u ra n te el ex p erim en to?
El n itro b en cen o , C 6H 5N 0 2. puede reducirse a an ilin a . C6H < N H 2. en un c to d o de m ercurio . Si la eficiencia d e la co rrien te es del 8 0 % . cu n to tiem po deb e fluir en u n a celda u n a co rrien te d e 3.0 A p a ra p ro d u c ir 1.0 kg d e a n ilin a?
U n a so lucin d e K.C1 tien e una co n d u c tiv id ad d e 0.14088 S /m a 25 C . U n a celda llena de esta so lucin tiene una resistencia d e 4 .21560 .a) C ul es la c o n stan te de celda?b) L a m ism a celda llena d e u n a so lu c i n d e H C I tien e u n a resistencia de 1.0326 O . C ul es la
co n d u ctiv id ad d e la so lucin de H C I?
P a ra el m ercu rio a 0 ' C . t = 1,062963 x 106 S/m .a) Si la re sistenc ia d e una celda que co n tiene m ercu rio es 0.243166 0 . cul es la con stan te
de celda d e la celda?b) Si la m ism a celda se llena de una so lucin de c lo ru ro de p o tas io a 0 C , la resistencia de
la celda es 3,966 x 104O . C ul es la co n d u ctiv id ad de la celda con la so lucin d e KC1?c) Si el re a p ro m ed io de la seccin transversa l d e la celda es 0.9643 m m 2. cul es la d is
tan c ia efectiva e n tre los e lec tro d o s?
U tiliz an d o los valores d e / * de la tab la 31.5 p a ra H % N a 1. C a 2 *, L a 1 % O H " , B r" , S 0 4 ~ y P 20 2_ . calclensea) las m ovilidades de los iones;b) las velocidades d e esto s iones en u n a celda q u e tiene e lectro d o s sep a rad o s 5,00 cm a los que
se ap lica una d iferencia d e po tencial d e 2,00 V.
La m ovilidad del ion N H L es 7.623 x 10"8 m : V s . C alclese xa) la co n d u ctiv id ad m o la r del ion N H L :b) la ve locidad del ion si se ap lican 15.0 V a travs de e lectro d o s sep a rad o s 25 cm ;c) el n m ero d e tran sp o rte del ion en u n a so luc in d e N H 4C 2H 30 2 si la m ovilidad del ion
C 2H , 0 ; es 4.239 x 10"8 m 2/V s .
U tilcense las cond u ctiv id ad es m olares d e la tab la 31.5, su p o n ien d o q u e n o v a ran con la concentrac i n , p a raa) e s tim a r la co n d u ctiv id ad d e so luciones d e 0,0100 m ol/l d e A g N O j; NC1; C aC l2 ; M g S 0 4 ;
L a2( S 0 4)3;b) estm ese la resistencia p a ra cad a caso en a) en una celda en la q u e la d is tan c ia e n tre los
e lec tro d o s es 8.0 cm y el rea efectiva d e la tray ec to ria de conduccin es 1,6 cm 2.
a) R elacinense los cam bios d e co n cen trac i n en la celda d e H itto r f con el n m ero de tran sferencia del io n positiv o y la c an tid ad de e lectricidad que pasa si la celda se llena de cidoclo rh d rico y am b o s e lec tro d o s son d e p la ta -c lo ru ro d e plata.
b) Q u re lacin se o b tien e si el c to d o se reem plaza p o r un e lec tro d o d e p la tin o d e m anera q u e se p ro d u ce H 2?
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c) Q u re lacin se o b tien e si el n o d o se reem plaza p o r un e lec tro d o d e p la tin o y se p roduce ox geno? [N o ta : L a u tilizacin d e un e lec tro d o q u e p e rm ite la p ro d u cc i n d e gas n o seria la form a a p ro p ia d a d e h ace r el experim en to de H itto rf. P o r q u ? ]
31.20 U n a celda de H itto r f con e lectro d o s d e p la ta -c lo ru ro de p la ta , se llena d e una so lucin de HCI q u e c o n tien e 0.3856 x 10"3 g d e HCI g d e agua. Se p asa u n a co rrien te de 2,00 m A d u ra n te exactam en te 3 h. L as so luciones se ex traen , pesan y an alizan . El peso to ta l de la so lucin catd ica es 51.7436 g y co n tien e 0.0267 g d e HCI. La so luc in an d ica pesa 52.0461 g y co n tiene 0,0133 g d e HCI. Cul es el n m ero de transferencia del ion h id r g en o ?
En u n experim en to d e H it to r f p a ra d e te rm in a r los n m ero s de transferencia en una so lu c i n de KC1, se o b tu v ie ro n los siguientes d a tos. [D . A. M ac ln n es y M . D ole . J.A .C .S .53 , 357 (1931).]M asa d e la so lu c i n and ica . 117,79 g ; m asa de la so lu c i n cat d ica , 120,99 g. P o rcen ta je deKC1 en la p o rc i n and ica . 0 .1 0 3 3 6 % : p o rcen ta je de KC1 en la p o rc i n cat d ica . 0 .19398% . El p o rcen ta je de KC1 en la p o rc i n cen tra l fue d e 0.14948 %. C alclese t , a p a r tir de las can tid ad es de K C I transferido desde el c o m p a rtim en to an d ico y a l c o m p a rtim en to cat d ico , y el va lo r m ed io d e r + . [N o ta : Se d e p o s ita ro n 0,16034 g de p la ta en un m ed id o r de ca rg a en serie con la celda. L a co n cen trac i n de KCI fue 0,2 mol/1.] Se u tiliza ro n e lectro d o s d e p la ta -c lo ru ro de p lata .
Se realiza un experim en to d e fro n tera m vil p a ra m edir el n m ero d e transferencia del Li * en 0,01 m ol 1 de LiCl. E n un tu b o con u n rea de seccin transversal 0.125 cm 2. la fro n tera se m ueve 7.3 cm en 1490 s u tilizan d o u n a co rrien te de 1,80 x 103 A. C alclese t
E n un experim en to d e fro n te ra m vil p a ra d e te rm in a r el n m ero d e transferencia del ion c lo ru ro en u n a so lucin de 0,010 m o l/1 d e c lo ru ro de sod io , el io n c lo ru ro se m ovi u n a d is tan c ia de 3,0 cm en 976 s. L a seccin transversal del tu b o era 0,427 cm 2 y la co rrie n te 2,08 x 10 3 A. C alclese r_ .
A p a r tir de los d a to s d e la tab la 31.5. calclese el n m ero de transferencia del io n c lo ru ro en cad a una de las so luciones in fin itam en te d ilu id as de H C I. N aC l, K C I. C a C L y L aC Ij.
L a co n d u ctiv id ad de cu a lq u ier so lucin est d a d a p o r la ecuacin (31.29). C alc lese el nm ero d e transferencia d e cad a ion en una so lucin que co n tiene 0,10 mol/1 d e C aC l2 y 0,010 mol/1 de H C I. U tilcense los v a lo res de z.*1 d e la tab la 31.5.
3 L 6 C ul es el cocien te e n tre las co ncen trac iones d e HCI y N aC l en u n a so lu c i n si el n m ero de
' 31.22
31.23
>r.24
3 l s
31.27
transferencia del io n h id r g en o es 0 ,5? (U tilcense los d a to s d e la T ab la 31.5.)
L a co n d u ctiv id ad equ iva len te del L iC l a so lucin infin ita es 115,03 x 10 4 S m 2 m ol. El nm erode transferencia del ca ti n es 0,336.a) C alc lese la m ovilidad del catin .b) C alclese la velocidad del ca ti n si se ap lican 6,0 V a travs de lo s e lec tro d o s sepa
ra d o s 4.0 cm.
31.28 A 18 C , los d a to s p a ra so luciones de K N Q 3 son
c /( 10 3 m ol/1 ) 0.20 0.50 1.0 2.0 5.0
A /(1 0"4 S m 2/m o l) 125,2 124,5 123,7 122.6 120,5
U tilizan d o una grfica a p ro p ia d a , hllese A*-.
31.29 L os d a to s p a ra so luciones de HCI a 25 :C , son
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31.30 A 25 'C , p a ra el a g u a tj = 8,949 x 10 4 P a s y r = 78,54. C o n la ecuacin d e O n sag e r y losd a to s d e la tab la 31.5, calc lese la co n d u ctiv id ad m o la r d e so luc iones del HC1, K C l y LiCl,c o n c/(m ol/l) = 0 ,0001. 0,001, 0.01.
31.31 Los rad io s c rista logrficos del N a * y del C P so n 95 p m y 181 pm . E stm ense las co nductiv idades in icas u san d o la ley d e S to k es y c o m p a ra r con los valores d e la tab la 31.5 (tj = 0,89 x 103 P a s).
3 0 2 A 2 5 :>C , los valores d e A "710 4 S m 2/m o l so n : b e n zo a to d e sod io , 82.48; c id o c lo rh drico ,426,16; y c lo ru ro d e sod io . 126, 45. C alc lese A * p a ra el c id o benzoico.
31.33 L a co n d u ctiv id ad m o la r del c id o ac tico es
A /(1 0"4 S m V m ol) 49,50 35,67 25,60
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c) Se a ad en po rc io n es d e u n a so lucin d e 0,100 mol/1 d e N a O H a 50 c m 3 d e una solucin d e 0,100 mol/1 de HCI. C alclese la co n d u ctiv id ad m o la r p a ra vo lm enes de la base. ty'cm3 = 0, 10, 25, 40, 45, 50, 55, 60, 75, 90 y 100. G raftquese k en funcin d e t> (utilcense los d a to s d e la T ab la 31.5).
31.38 S u p n g ase que se titu la o v a lo ra c id o actico , K a = 1,8 x 10 5, u tilizan d o u n a base fuerte. A 50 c m 3 d e 0,10 mol/1 d e cido se a ad en 0, 10, 40, 45, 50, 55, 60, 9 0 y 100 c m 3 d e 0 ,10 mol/1 de h id r x id o d e sodio . C alc lese la co n d u ctiv id ad despus d e cad a ad ic i n d e b ase y g rafiquese la co n d u ctiv id ad en funcin d e v (u tilcense los d a to s d e la T ab la 31.5).
3 1 .3 9 a ) U san d o v a lo res d e X f' d e la tab la 31.5, calc lese el coeficiente d e difusin p a ra c ad a unod e los io n es H * , O H , N a * , A g* , C a 2 - . C u 2*, N O J , S O * - y C 'o(N H 3) s .
b ) C alclese la m o v ilid ad p o r u n id ad d e fuerza del cam p o , , y co m p rese con para A g + y C u 2 1 .
3 1 .4 0 A p a r tir de lo s d a to s d e la ta b la 31.5, calc lense los coeficientes de d ifusin p a ra H l, Z n C l2, M g S 0 4 y L a 2( S 0 4)3.
3 1 .4 1 U san d o los d a to s d c la tab la 31.5, calclese el po tenc ia l de un in e n tre do s so luc iones que tienen u n a co n cen trac i n d c 0,010 m olal y 0 ,10 m ola! p a ra cad a u n o d c lo s e lec tr lito s C uSO *, H C I, K 3S 0 4 y L a ( N 0 3)3.
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