Ley de Ohm

CONDUCTANCIA ELECTROLITICA

La resistencia de un conductor electrolítico al paso de la corriente se puede determinar mediante La Ley de Ohm, pero es costumbre en vez de hablar de resistencia hacerlo de la conductancia, que es simplemente el recíproco de la resistencia eléctrica.

Se sabe que la resistencia de un conductor cualquiera es directamente proporcional a su longitud e inversamente proporcional al área de su sección transversal y que según sea la naturaleza y características del conductor así será el valor su propiedad denominada resistividad o resistencia. Es decir,

siendo R la resistencia en ohmios, l la longitud en cm, A el área en cm2 y ρ la resistividad o resistencia específica en ohmio-cm.

Así como la conductancia electrolítica de un conductor se define como el inverso de su resistencia, la conductancia específica de un conductor se define como el inverso de su resistividad, y puede considerarse como la conductancia de un cubo de un centímetro de arista de cierto material. La conductancia se expresa como el inverso de ohmio y la conductancia específica como el inverso del producto de ohmio por centímetro. Invirtiendo la ecuación para la resistencia de un conductor resulta la ecuación para su conductancia correspondiente

siendo L la conductancia electrolítica y Ls la conductancia específica del conductor

CONDUCTANCIA

La conductancia está directamente relacionada con la facilidad que ofrece un material cualquiera al paso de la corriente eléctrica. La conductancia es lo opuesto a la resistencia. A mayor conductancia la resistencia disminuye y viceversa, a mayor resistencia, menos conductancia, por lo que ambas son inversamente proporcionales.

Existen algunos materiales que conducen mejor la corriente que otros. Los mejores conductores son, sin duda alguna, los metales, principalmente el oro (Au) y la plata (Ag), pero por su alto costo en el mercado se prefiere utilizar, en primer lugar, el cobre (Cu) y, en segundo lugar, el aluminio (Al), por ser ambos metales buenos conductores de la electricidad y tener un costo mucho menor que el del oro y la plata.

Otros tipos de materiales, como el alambre nicromo (Ni-Cr, aleación de níquel y cromo), el constantán, la manganina, el carbón, etc. no son buenos conductores y ofrecen mayor resistencia al paso de la corriente eléctrica, por lo que son utilizados como tales, es decir, como “resistencias eléctricas” para producir calor fundamentalmente, o para controlar el paso de la corriente en los circuitos electrónicos.

Además de los conductores y las resistencias, existen otros materiales denominados semiconductores como, por ejemplo, el germanio y el silicio, que permiten el paso de la corriente en un sentido, pero lo impiden en el sentido opuesto. El silicio, sobre todo, se emplea desde hace años para fabricar diodos, transistores, circuitos integrados y microprocesadores, aprovechando sus propiedades semiconductoras.

Conductancia equivalente

Aunque la conductancia específica es una propiedad del medio, al tratar con soluciones electrolíticas se utiliza otra cantidad de mayor significado que es la conductancia equivalente, que se define como: "La conductancia de un volumen de solución que contiene un peso equivalente de la sustancia disuelta cuando se coloca entre dos electrodos paralelos entre sí a una distancia de un centímetro y suficientemente grandes para contener entre ellos toda la solución". Es decir

siendo Λ la conductancia equivalente medida en

Veq el volumen en cm³ que ocupa un equivalente o volumen equivalente y N la normalidad de la solución. La conductancia equivalente aumenta al diluir la solución. En las soluciones diluidas, los iones conducen mejor la corriente eléctrica, lo cual es efecto de que ha disminuido la atracción interiónica.

Conductancia equivalente límite

Kohlrausch fue el primero en señalar que para electrolitos fuertes, la conductancia equivalente aumenta con la dilución y sus valores se van haciendo análogos al aproximarse la dilución a concentración cero. Al graficar los valores de la conductancia equivalente en función de la concentración, y extrapolar a concentración cero, se obtiene la denominada conductancia equivalente límite.
Las conductancias equivalentes limites para electrolitos débiles se obtienen por aplicación de La Ley de Kohlrausch de la migración independiente de los iones, que establece que: "A dilución infinita, donde la disociación de todos los electrolitos es completa y donde desaparecen todos los efectos interiónicos, cada ion emigra independientemente de su co-ion, y contribuye a la conductancia total equivalente de un electrolito una definida coparticipación que depende sólo de su propia naturaleza y es totalmente independiente del ión con el cual se encuentra asociado"
Si este es el caso, entonces el valor de la conductancia equivalente límite de un electrolito deberá ser la suma de las conductancias equivalentes de los iones que lo componen con tal que el solvente y la temperatura sean iguales

siendo λ°₊y λ°_-, las conductancias iónicas equivalentes límites del catión y del anión respectivamente. Considerando los números de transporte, podemos escribir que:

λ°₊= t°₊
λ°^_- = t°_-
siendo t°₊y t°_-, los números de transporte a dilución infinita obtenidos por extrapolación. Las conductancias iónicas equivalentes límites se determinan frecuentemente a 25°C

Gráfica de conductividad contra concentración

Movilidad Iónica

Se define como mobilidad iónica, la velocidad absoluta de un ión, en cm/s, cuando está sometido a un gradiente de potencial de un voltio/cm.

Se puede demostrar la relación entre la conductancia equivalente y las mobilidades iónicas de catión y anión en una solución obteniéndose la ecuación

siendo μ₊ y μ_- las mobilidades iónicas de catión y anión, respectivamente, en unidades de cm/volseg. A dilución infinita, la ecuación se convierte en

que permite, por comparación, expresar que:

Las mobilidades iónicas límites son calculadas con ayuda de estas ecuaciones, generalmente a 25°C El paralelismo de las mobilidades con las conductancias es manifiesto. En efecto, como es fácil comprender, a igualdad de carga transportada, los iones con mayor mobilidad conducen mejor la corriente. Además, la posibilidad de que los iones del agua salten de una a otra molécula, explica razonablemente su mayor velocidad de desplazamiento.
La separación de proteínas por sus velocidades iónicas diferentes es el fundamento de los métodos de separación denominados ELECTROFORESIS. Si tenemos una muestra de plasma o suero moderadamente alcalinizado, y lo sometemos a la acción de un campo eléctrico, sus proteínas que se disocian como anión en medio alcalino, se desplazarán con velocidades diferentes, de acuerdo con sus respectivas mobilidades. Así, en métodos de empleo habitual en la clínica, se consigue diferenciar en el proteinograma varias fracciones de proteínas.

FACTORES QUE AFECTAN LA MOVILIDAD IONICA

La variación de Λ se debe en parte a las fuerzas de atracción y repulsión que existen entre los iones individuales sodio y cloruro a concentraciones finitas. Si la solución del electrolito no es infinitamente diluida, los iones se retrasan en su movimiento debido al efecto electroforético y al efecto de relajación o asimetría.

El efecto electroforético se debe al movimiento de la atmósfera de iones de carga opuesta que rodean al ion. Esta atmósfera de iones arrastra moléculas de solvente; el movimiento del ion es retardado así por el flujo de solvente en sentido opuesto. El efecto de relajación o asimetría también debe su origen al movimiento de la atmósfera iónica que rodea a una partícula determinada. Pero, en este caso, el movimiento del ion es retardado por la carga de signo opuesto que se acumula detrás de la partícula en movimiento debido a que la atmósfera iónica no tiene tiempo de ajustarse para permanecer distribuida esféricamente alrededor del ion.

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