Condutividade e células eletrolíticas (condutividade específica, molar e equivalente)

A eletroquímica é um ramo da química que lida com a relação entre energia elétrica e mudanças químicas. Tem várias aplicações em baterias, células de combustível e eletrólise. Um dos conceitos essenciais na eletroquímica é o conceito de condutividade, especialmente em células eletrolíticas. Neste artigo, vamos compreender profundamente a condutividade e vários parâmetros associados a ela, como condutividade específica, condutividade molar e condutividade equivalente.

Conceitos básicos de condutividade

A condutividade descreve quão bem uma substância permite o fluxo de corrente elétrica. Em uma célula eletrolítica, onde o meio é uma solução líquida, a condutividade é determinada pelos íons presentes na solução. A capacidade desses íons de transportar uma carga elétrica contribui para a condutividade da solução.

A condutividade elétrica (G) é o inverso da resistência elétrica (R) e é dada pela fórmula:

g = 1/r

Onde:

• G é a condutividade, medida em siemens (S).
• R é a resistência, medida em ohms (Ω).

Para uma solução eletrolítica dada, a resistência depende da natureza do eletrólito, sua concentração e a temperatura da solução.

Condutividade específica (κ)

A condutividade específica, também conhecida como condutividade, é uma medida de quão bem uma solução pode conduzir eletricidade. É definida como a condutividade de uma solução por unidade de comprimento e área de secção transversal. A unidade SI de condutividade específica é siemens por metro (S/m).

A fórmula para a condutividade específica é:

κ = G * (L / A)

Onde:

• κ (kappa) é a condutividade específica.
• G é a condutividade.
• L é o comprimento do condutor (em metros).
• A é a área de secção transversal do condutor (em metros quadrados).

A condutividade específica de uma solução eletrolítica depende da concentração e natureza do eletrólito. Geralmente, à medida que a concentração de íons na solução aumenta, a condutividade específica também aumenta.

Condutividade molar ( _Λm )

A condutividade molar é uma medida da força motriz de todos os íons produzidos pela dissolução de um mol de um eletrólito em uma solução. É geralmente expressa em unidades de siemens metros quadrados por mol (S m²/mol).

A fórmula para condutividade molar é:

Λm = κ/c

Onde:

• _{Λ m} é a condutividade molar.
• κ é a condutividade específica.
• C é a concentração molar da solução (em moles por litro).

A condutividade molar aumenta com a diluição devido ao aumento da mobilidade iônica. Em diluição infinita, os íons estão muito distantes uns dos outros e sua interação torna-se negligenciável. Isso é chamado de condutividade molar limite.

Compreendendo a condutividade molar limite

O conceito de condutividade molar limite é importante. Ele representa a condutividade molar quando a solução eletrolítica é tão diluída que qualquer diluição adicional não altera a condutividade. É expresso como:

Λ m ∞ = Λ m quando C → 0

Isso ajuda a entender a condutividade intrínseca do eletrólito e é útil na comparação de diferentes eletrólitos.

Condutividade equivalente (Λ _eq )

A condutividade equivalente é semelhante à condutividade molar, mas é baseada na concentração equivalente em vez de concentração molar. É definida como a condutividade de uma solução contendo um equivalente-grama do eletrólito. É expressa em siemens metros quadrados por equivalente (S m²/eq).

A fórmula para a condutividade equivalente é:

Λ eq = κ / N

Onde:

• Λ eq é a condutividade equivalente.
• κ é a condutividade específica.
• N é a normalidade da solução (equivalentes-grama por litro).

Relação entre condutividade molar e equivalente

Há uma relação direta entre a condutividade molar e a condutividade equivalente. Para um dado eletrólito com valência z, a relação é dada por:

Λ eq = Λ m / z

Essa equação mostra que a condutividade equivalente pode ser obtida a partir da condutividade molar considerando o fator de equivalência do eletrólito, que depende do número de íons que ele produz.

Aplicando conceitos com exemplos

Vamos tomar o exemplo de uma solução de cloreto de sódio (NaCl):

1. Calcular a condutividade específica com resistência conhecida:

• Se a resistência da solução de NaCl é de 5 Ω, a condutividade específica (κ) pode ser calculada como:

g = 1 / r = 1 / 5 = 0.2 s
κ = g * (l/a) = 0.2 * (1/1) = 0.2 s/m
    

2. Encontrar a condutividade molar com concentração:

• Assumindo uma concentração molar de 0,1 mol/L para a solução de NaCl, a condutividade molar é:

Λ m = κ / C = 0.2 / 0.1 = 2 S m²/mol

3. Condutividade equivalente:

• Usando a mesma solução, condutividade equivalente (z = 1 para NaCl), você encontra:

Λ eq = Λ m / z = 2 / 1 = 2 S m²/eq

Conclusão

Compreender a condutividade e sua parametrização em termos de condutividade específica, molar e equivalente é fundamental para prever e medir a capacidade de uma solução de conduzir eletricidade. Esses parâmetros são importantes para aplicações industriais, pesquisa acadêmica e fins educacionais.

Entender como a condutividade se comporta sob diferentes condições ajuda no melhor design de dispositivos e processos eletroquímicos, levando a uma maior eficiência e produtividade.

Comentários