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Conductividad

Conductividad Los Metales son conductores – la corriente es transportada por los electrones Los Plásticos no son conductores Los Líquidos – pueden ser o no ser conductores dependiendo de su composición En soluciones acuosas la corriente es transportada por los iones

Resistancia/Conductancia Ley de Ohm La Resistencia al paso de electrones se mide en OHMS La Conductancia, es el inverso de la resistencia (C=1/R) anteriormente se expresaba en MHOS pero actualmente se usa el SIEMENS (S) como unidad de conductancia Según la ley de Ohm, un alambre con una resistencia de 1 ohm permite el paso de 1 amp cuando se le aplica un potencial de 1 V (R=I/V)

Conductancia vs Conductividad La Conductividad es una propiedad inherente de los materiales. La Conductancia depende de la Conductividad y de la geometría del material. De éste modo, cualquier pieza de cobre posee la misma conductividad, pero tendrá diferente conductancia dependiendo de los puntos escogidos para hacer la medida.

Conductancia vs Conductividad Matemáticamente hablando decimos que: Conductividad = d/A x Conductancia d = distancia entre los puntos de medición A= Area entre los puntos de medición Unidades de Conductancia= Siemens (S) Unidades de Conductividad= S/cm, Scm-1, mS/cm, µS/cm

Conductividad en Soluciones Que es una solución conductora? Típicamente la conductividad se determina en soluciones donde hay electrolitos disueltos. Electrolitos son sustancias que contienen iones, (i.e. soluciones de sales iónicas) o compuestos que se ionizan en solución. Los iones formados son los responsables de “llevar” la corriente electrica. Los electrolitos incluyen ácidos, bases, y sales, pudiendo haber electrolitos fuertes y débiles. Las soluciones acuosas son las mas conductoras ya que el agua tiene la capacidad de estabilizar los iones mediante un proceso llamado solvatación.

Conductividad en Soluciones # de especies portadoras (iones) x carga x movilidad En general La conductividad aumenta con la concentración A mayor ionización de la especie mayor # de portadores La movilidad disminuye al aumentar la concentración

Conductividad = # de portadores x carga x movilidad El # de portadores está relacionado con la concentración de sales en solución A mayor concentración mayor será la conductividad El incremento relativo disminuye a medida que la concentración aumenta Esto se cumple para soluciones relativamente diluidas

Conductividad = # de portadores x carga x movilidad Soluciones muy concentradas muestran un comportamiento mucho mas complejo ya que la movilidad se reduce al aumentar la concentración. Por ejemplo: La conductividad de una solución 25%Ca(NO3)2 es 120mS/cm La conductividad de una solución 50%Ca(NO3)2 es 55mS/cm

Conductividad = # de portadores x carga x movilidad

Conductividad = # de portadores x carga x movilidad Especies mas ionizadas proveen mayor cantidad de portadores exhibiendo mayor conductividad. Ejemplo: Acido acético 1% = 640 µS/cm Acido clorhídrico 1% = 100,000 µS/cm

Conductividad y Temperatura Al incrementar la temperatura se reduce la viscosidad del agua, lo que aumenta la movilidad de los iones 0.01M KCl a 0oC = 775 µS/cm a 25oC = 1410 µS/cm La temperatura también puede influenciar el grado de ionización El efecto de la temperatura sobre la conductividad no es sencillo de describir

Temperatura de referencia en las medidas de conductividad Las medidas de conductividad pueden ser comparadas refiriéndolas a la misma temperatura, utilizando para ello coeficientes de corrección. Es una práctica usual referirlas 25oC (o 20oC) Las correcciones son aproximadas Los coeficientes de temperatura (corrección)deberían ser conocidos. Ver manual de la serie star para algunos ejemplos.

Coeficientes de Temperatura Los efectos de la temperatura pueden variar según el tipo de ion en la muestra. Algunos coeficientes de temperatura típicos son: Muestra %/C (a 25C) Ultrapure water 4.55 5% NaOH 1.72 Sugar Syrup 5.64

Coeficientes de Temperatura Los coeficientes de temperatura pueden variar a medida que la concentración cambia Los coeficientes de temperatura también pueden variar con la temperatura. Únicamente cuando ésta variación es bien conocida y entendida (aguas naturales o AUP), pueden utilizarse algoritmos de compensación no lineales

Coeficientes de tempertura típicos para muestras entre 25 y 50C Solución Ultrapure water Agua Salada 5% NaOH Amoniaco diluido 5% H2SO4 98% H2SO4 10% HCl %/C 4.55 2.12 1.72 1.88 0.96 2.84 1.32

Coeficientes de Temperatura %NaCl 25C 75C %/C mS/cm mS/cm 0.2 4.0 9.0 2.50 0.4 8.0 16.0 2.00 0.6 15.5 32.0 2.13 0.8 22.5 48.0 2.27 1.2 30.0 58.0 1.87

Coeficientes de Temperatura de Agua Pura Temp C %/C 7.1 10 6.3 20 5.5 30 4.9 50 3.9 70 3.1 80 2.4

Medición de Conductividad Constante de celda (K) Nos sirve para obtener la conductividad (propiedad de la solución que se mide) a partir de la conductancia (valor medido relativo a la geometría de la celda) Conductancia (celda) x K (cm-1) = Conductividad K = d/A Para una celda que forme un cubo perfecto de 1 cm de lado, K=1 En teoria!

Medición de Conductividad Constante de Celda Las constantes de Celda se determinan utilizando una solución de conductividad conocida a una temperatura dada y ajustando el conductímetro para que muestre el valor correcto

Medición de Conductividad Complicaciones (algunas) Cables muy largos o muy finos producen una caida de voltaje produciendo resultados erróneos Depósitos sobre la superficie de los electrodos causan caidas de voltaje Además se deben evitar: Cambios en la geometría de la celda que pueden conducir a cambios en el área de las placas de los electrodos

Medición de Conductividad Celdas de 4 electrodos Pares de electrodos para generar corriente y medir voltaje están separados. Esto asegura que la caída de voltaje debida a depósitos en las placas o a lo largo del cable no interfieran con la medida de conductividad Las conexiones con los electrodos medidores de voltaje son de alta impedancia para asegurar que su resistencia tampoco contribuye con las medidas Electrodos de grafito moldeados con la celda no cambian su geometría

Medición de Conductividad Celdas de 2 electrodos El voltaje y la corriente “pasan” a traves de los mismos electrodos. Beneficios: Puede optimizarse las constantes de celda para aplicaciones específicas Menor Costo Desventajas: Errores debido a depósitos en la superficie de los elctrodos Errores debidos a la resistencia de cables largos.

Celdas de conductividad disponibles Duraprobe™ Celdas de 4-electrode Amplio rango de aplicacion Construidas en epoxi con electrodos de grafito Celdas de 2-Electrodos Vidrio/Platino Epoxi/Platino Epoxi/Grafito Acero Inoxidable

Constantes de Celda según la Aplicación Constante (K) Aplicacion K = 0.1cm-1 Agua Pura K = 0.4 – 1.0cm-1 Aguas naturales e industriales K = 10cm-1 Altas conductividades soluciones de acidos y bases fuertes

Constantes de Celda según la Aplicación K = 0.1 K = 0.475 K = 1.0 K = 10.0 0.001µS/cm - 300µS/cm 1µS/cm - 1000mS/cm 100µS/cm -200mS/cm 10µS/cm - 2000mS/cm

Selección adecuada de la celda. Celda de 4-electrodos (K = 0.475 - 0.6) – amplio espectro de aplicaciones pero no para aguas puras ( útil >10µS/cm) Celda de 2-electrodos (K=1) - amplio espectro de aplicaciones en el rango 10-105 µS/cm, quimicamente resistente (vidrio) Celda de 2-electrodos (K=0.1) medidas en aguas puras, 0 - 100 µS/cm (o celda de flujo) Celda de 2-electrodos (K=10) para ácidos y bases a nivel de %, >104 µ S/cm

Selección adecuada de la celda.

Calibration Options Los equipos Thermo Orion ofrecen 3 opciones de calibración AutoCal™ – tell the meter the nominal value of the cell constant, place cell in a standard. Meter does the rest DirectCal™ -place cell in standard, enter value of standard at the working temperature. Meter does the rest Manual - place cell in standard, enter nominal cell constant and adjust until correct value of standard is displayed.

TDS and Salinidad TDS (Total Dissolved Solids) – Se refiere a los inorganicos disueltos en una solucion. Estos inorganicos disueltos transportan corriente y se reflejan como una medicion de conductividad. En vista de que existe una relacion entre conductividad y TDS, la lectura de conductividad se puede usar como una estimacion de la presencia de inorganicos. Salinidad – expresada en ppt (parts per thousand) es una relacion entre la conductividad de la muestra y el valor de salinidad del agua de mar (S=35) a 20C.

Reglas a seguir para mediciones confiables Calibrar Frecuentemente Verificar la constante de la celda Condiciones de temperatura y agitación Aplica para calibraciones y muestras Posición de la Celda durante la medición Asegurarse de cubrir los polos e igualar ubicación Medidas de Baja conductividad Asegurarse de utilizar las celdas apropiadas. Medidas de Alta conductividad Trazabilidad y Metrología Utilizar patrones adecuados

The End