Analion - Condutividade
Definição da condutividade.
A condutividade de uma solução eletrolítica é a expressão numérica quantitativa da sua capacidade de transportar a corrente elétrica. Ela é definida como sendo o inverso da resistência elétrica de 1 cm cúbico do líquido a uma temperatura de 25ºC.
Qual o mecanismo responsável pela condutividade?
Ao contrário do que ocorre nos condutores metálicos, nos quais a corrente elétrica é transportada por elétrons livres, o transporte de cargas nas soluções eletrolíticas é realizada por íons. Todos os íons presentes na solução participam dessa condução e, por essa razão, pode-se dizer que a condutividade fornece uma informação global, por natureza não específica (Em contraste com a determinação do pH de uma solução, que é específica, visto que ela indica somente a concentração dos íons H+). A maioria dos ácidos, bases e sais inorgânicos são bons condutores da corrente elétrica ao passo que substâncias orgânicas, que não se dissociam em solução (benzina, gasolina, açúcares por exemplo), não são condutoras.
A condutividade depende de vários fatores.
* DA CONCENTRAÇÃO GLOBAL EM ESPÉCIES IONIZADAS.
Quanto maior a quantidade de íons numa solução, quanto maior será sua condutividade. Em geral, para soluções aquosas de eletrólitos inorgânicos, observa-se um aumento quase linear da condutividade com o aumento da concentração (até concentrações de 10 ou 20% em peso).
* DO TIPO DE ÍONS.
Quanto menor o íon, quanto maior será sua mobilidade e, portanto, maior sua condutividade. Também para diametro igual, íons bivalentes e trivalentes conduzem mais quem íons monovalentes.
* DA NAUTUREZA DO SOLVENTE.
Solventes polares (água, amônia, álcool metílico, etc...) exaltam a ionização das substâncias dissolvidas e, portanto, favorecem a condutividade.
* DAS INTERAÇÕES ENTRE O SOLVENTE E OS ÍONS DISSOLVIDOS.
Um solvente muito polar, como a água, pode ser visualizando como um conjunto de dipolos elétricos em permanente movimento caótico. A tendência dos dipolos associarem-se com íons é tanto maior, quanto menor forem os íons. É o caso do íon alcalino Cs+ (Césio), relativamente pequeno, que fixa facilemente as moléculas de água, tornando-se hidratado e, consequentemente, pouco condutor.
* DA TEMPERATURA.
Ao contrário da condutividade metálica, a condutividade eletrolítica aumenta com a temperatura. De modo geral esse efeito é devido ao fato de que a mobilidade individual dos íons aumenta com a temperatura e que a viscosidade do solvente diminui. Para soluções aquosas, o coeficiente de temperatura da condutância iônica varia entre 0,5 e 5% por grau centígrado, dependendo do tipo e da concentração do íon condutor. Erros muito siguinificativos podem ser cometidos na medição da condutividade se esse efeito não for conpensado (manual ou automaticamente).
Efeito da temperatura sobre a condutividade.
Valores médios do coeficiente de temperatura para
algumas soluções entre 25 e 50ºC.
Aplicação da condutividade
Controle da pureza:
Em água destilada e deionizada, condensados, substâncias orgânicas.
Determinação dos eletrólitos residuais:
Em água potável, água desmineralizada, água para alimentação de caldeiras, efluentes.
Concentração de sais:
Em banhos de salmoura, salinas, fertilizantes, fibras e têxteis, banhos de anodização, galvanização e eletrodeposição, soluções fisiológicas (diálise), alimentos e sucos de frutas.
Força de ácidos e bases:
Em processamento dos ácidos e bases inorgânicos diluidos e concentrados, oleum, soluções alcalinas corrosivas.
Contaminações de sais:
Em trocadores de calor, circuitos de arrefecimento.
Detecção do fim de lavagem de precipitados, determinação da solubilidade de sais pouco solúveis, titulações condutométricas.
Alguns valores da condutividade de 25 ºC
Valores aproximativos em microSiemens
A célula é um dos elementos mais importantes de um sistema de medição da condutividade. Basicamente, ela consiste em duas placas metálicas cujas áreas e distância são precisamente fixadas, montadas rigidamente numa cavidade construída em material isolante, vidro ou plástico. Essa cavidade serve a delinear um pequeno volume constante do líquido a medir e, consequentemente, torna a medição da condutividade independente do volume total da amostra e da proximidade de superfícies tais que paredes dos tanques ou tubulações. As placas metálicas, chamadas eletrodos, são construídas em metais inalteráveis, geralmente platina, e são revestidas por um depósito eletrolítico de negro de platina. Esse depósito poroso limita os efeitos da polarização.
Escolha da constante da célula.
A determinação da condutividade elétrica de uma solução consiste, basicamente na medição da sua resistência elétrica. Para obter precisão e sensibilidade nessa determinação, é necessário que o valor da resistência eletrolítica se mantenha entre determinados limites.
Por exemplo, no caso de medição e controle da condutividade em processos industriais para os quais são toleráveis erros de mais ou menos 1%, é desejável que a resistência medida situe-se entre os limites aproximativos de 100 até 100.000 ohms. O critério usado na seleção de uma célula é que ela tenha uma constante tal que a resistência da solução em teste esteja dentro desses limites.
Na prática, a aplicação do critério anterior leva a escolher uma célula com baixo valor da constante para medir soluções de baixa condutividade e alto valor da constante para soluções de condutividade elevada.
A seguir, são indicados, alguns vetores das constantes de célula que podem ser escolhidos de acordo com a concentração iônica da solução a medir:
C = 0,01 cm-1
C= 0,01 cm-1
C = 1 cm-1
C = 10 cm -1
C = 100 cm-1
para soluções de muito baixa condutividade tal como água bidestilada ou substâncias orgânicas muito pouco condutoras;
para soluções com baixa condutividade tal como água destilada e deionizada, água desmineralizada, substâncias orgânicas pouco condutoras;
para soluções com condutividade intermediária tal como água mineralizada, água potável e águas residuárias, substâncias orgânicas condutoras;
para soluções com boa condutividade tal como água do mar, ácidos, bases e sais diluídos, soluções fisiológicas;
para soluções muito condutoras tal como ácidos, bases e sais concentrados, banhos de galvanização, efluentes industriais fortemente carregados em substâncias inorgânicas.
Escolha do tipo de célula
Escolha a constante de célula em função da faixa de condutividade da solução a medir, seleciana-se, em seguida, o tipo de célula que melhor se adapte ao processo químico a controlar. Fatores determinantes para essa seleção incluem pressão e temperatura de trabalho, presença de partículas sólidas no líquido e tipo de agitação existente no sistema, grau de corrosividade da solução processada. Para obter uma medição satisfatória da condutividade todos esses fatores devem ser levados em consideração.
A célula deve ser escolhida de modo a trabalhar dentro de suas especificações de pressão e temperatura. Mesmo quando a pressão e a temperatura atuantes no sistema ultrapassem os valores das especificações máxima das células disponíveis, é possível medir a condutividade mediante o seguinte artifício: conecta-se ao sistema uma serpentina refrigerada, de diâmetro e comprimento adequados, que permita retirar continuamente uma pequena amostra que será apresentada para a célula de condutividade em condições de baixa pressão e temperatura.
A condutividade varia consideravelmente com a temperatura e, na prática, qualquer que seja o nível dessa temperatura, o seu controle ou a sua compensação tornam-se imprescindíveis sob pena de resultados inconsistentes. A condutividade das soluções praticamente não varia com a pressão, pelo menos para as pressões usuais.
Presença de artículas sólidas no líquido e agitação
A presença de sólidos, não dissolvidos, na solução processada, influencia a escolha e sobretudo a localização da célula de condutividade. Em regime de alta velocidade e turbolência do fluído, duas providências devem ser tomadas: em primeiro lugar, a célula deve ser posicionada de maneira a evitar o fluxo direto das partículas sobre os eletrodos, pois, caso eletrodos fossem de platina, haveria risco de desprendimento da camada de negro de platina pelo bombardeamento das partículas; em segundo lugar, a geometria dos eletrodos e a localização da célula devem ser escolhidos de modo a evitar a sedimentação de sólidos dentro da cavidade de medição. Em regime de baixa velocidade, deve-se posicionar a célula de modo que a cavidade contendo os eletrodos seja orientada para baixo e para frente do fluxo, para evitar a acumulação de sólidos.
Para poder desenvolver a sua função, a célula de condutividade deve resistir a agressividade do ambiente que a cerca. É uma condição básica. Para uma aplicação específica, os materiais estruturais que constituem o corpo da célula de condutividade, tanto como os materiais empregados na fabricação dos eletrodos, devem ser examinados do ponto de vista de suas resistências ao desgaste químico.
Apresentamos a seguir alguns tipos de células de condutividade que diferem entre si pela concepção geral e materiais de construção empregados, pela metodologia de uso e pelas especificações em termos de pressão e temperatura máxima de utilização. Cada tipo apresenta vantagens e inconvenientes. A escolha de uma célula de condutividade, que atende a uma situação específica, é sempre o resultado de um compromisso entre vários fatores.
Série C801
As células desta série possuem corpo de vidro e eletrodos de platina. São fabricadasem duas versões que diferem entre si pelo tipo de cabeçote:
PARA UTILIZAÇÃO EM LABORATÓRIO
com cabeçote moldado em resina epoxi
(referência do produto acrescida da letra "L").
o cabeçote é constituído de uma carcaça em aço 316L,
com rosca 1" NPT próprio para insersões em tanques ou tubulações
(referência doproduto acrescida da letra "AC").
SÉRIE C801 - ESPECIFICAÇÕES
Corpo da célula Vidro borossilicato
Eletrodos Platina com depósi
Modelos para laboratório 100ºC
Modelos industriais 100ºC
Modelos para laboratório ambiente
Modelos industriais 4 kg/cm2
Série C830
A série C830 é constituida de um conjunto de células de condutividade desenvolvidas para o uso industrial. A faixa de aplicabilidade é muito extensa: dos ácidos inorgânicos concentrados até às soluções alcalinas concentradas, incluindo soluções oxidantes e redutoras.
Os valores das constantes de célula abrangem a faixa 0,01 até 50 cm-1. Em todas as células dessa série o PTFE (politetrafluoretileno) é empregado como material estrutural e a platina como material dos eletrodos. Os contatos elétricos básicos dos eletrodos de platina estão incorporados na parte moldada do corpo da célula para a futura conexão a uma carcaça de aço 316L. Dessa maneira, a solução processada entra em contato com PTFE, platina e AISI 316L, todos materiais apresentando excelente resistência aos produtos corrosivos.
SÉRIE C830 - ESPECIFICAÇÕES
Corpo da célula PTFE (politetrafluoretileno)
Eletrodos platina com depósito de negro de platina.
Temperatura máxima de operação 150ºC
Pressão máxima de operação 12kg/cm2
Constantes disponíveis de 0,01 até 50cm-1
Série C831
Na prática, embora em raras circunstâncias, as partes auxiliares, de aço 316L, utilizadas na montagem da série C830, podem sofrer corrosão por parte de soluções ácidas. Quando isso ocorre, a célula é rapidamente posta em curto-circuito devido a penetração de fluidos condutores entre os seus terminais de conexão (na altura da peça intermediaria). A série C831 foi desenvolvida para superar esse problema.
SÉRIE C831 - ESPECIFICAÇÕES
As células dessa série são dimensionalmente iguais e abrangem os mesmos valores das constantes que a série C830, mas não necessitam mais de sistema auxiliar para conexão. Nessa série, o corpo da célula, com eletrodos e contatos, e a rosca 1" NPT para conexão ao processo, são moldados e sinterizados de uma só vez. Apenas o PTFE moldado e a platina entram em contato com as soluções processadas.