Resistencia eléctrica de las soluciones
Existe un cierto tipo de bombas que funcionan con líquidos conductores y se basan en un principio electromagnético por el cual sometiendo a la corriete fluida a un cmpo magnético que la atraviese y a una corriente eléctrica que este perpendicular al campo seproduce una impulsion del fluido.
Todo es bonito cuando se trabaja con materiales tales como sodio o sales fundidas.
Pero hay un motor marino que usa este principio y el fluido en cuestión es agua marina (funciona como un hidrojet)
Mi duda es ¿cómo se calcula la resistencia eléctrica de una solución acuosa? ¿Hay alguna forma de definir su resistividad? ¿Es a base de saber la cantidad de iones libres?
Este problema no lo pude resolver hace algunos años cuando intentaba saber elconsumo energético para construir un molde complejo por deposición electrolítica de hierro sobre un modelo, todos los libros me daban la cantidad de amperes, el tiempo que necesitaba usar para lograr un espesor de chapa de 1,2 mm, pero nada me decían de la tensión necesaria para obtener la corriente necesaria y por lo poco que sé hubiera necesitado saber la resistividad de la solución para computar los watt/hora = $$$
Todo es bonito cuando se trabaja con materiales tales como sodio o sales fundidas.
Pero hay un motor marino que usa este principio y el fluido en cuestión es agua marina (funciona como un hidrojet)
Mi duda es ¿cómo se calcula la resistencia eléctrica de una solución acuosa? ¿Hay alguna forma de definir su resistividad? ¿Es a base de saber la cantidad de iones libres?
Este problema no lo pude resolver hace algunos años cuando intentaba saber elconsumo energético para construir un molde complejo por deposición electrolítica de hierro sobre un modelo, todos los libros me daban la cantidad de amperes, el tiempo que necesitaba usar para lograr un espesor de chapa de 1,2 mm, pero nada me decían de la tensión necesaria para obtener la corriente necesaria y por lo poco que sé hubiera necesitado saber la resistividad de la solución para computar los watt/hora = $$$
1 respuesta
Respuesta de lujant03
1
La respuesta a lo que indicas:
¿Cómo se calcula la resistencia eléctrica de una solución acuosa? ¿Hay alguna forma de definir su resistividad? ¿Es a base de saber la cantidad de iones libres?
Es sí, a todas y cada una de tus preguntas, pero te aseguro que no es sencillo y si bien desde el punto de vista teórico tiene gran interés, desde el punto de vista práctico es inviable por su complejidad.. No he podido encontrar ninguna referencia elemental y lo que he hecho es, por desconocer tu nivel de química teórica, recopilarte toda una serie de links que van hacia la teoría que permite hacer una estimación de lo que te interesa. Adelantarte que la ley de Kohlrausch es la que subyace en el fondo de todo y si bien esta ley experimentalmente coincide bien, obligó a desarrollar otros conceptos teóricos de cara a justificar unos valores empíricos que en ella aparecen.
La dificultad de tratar un circuito eléctrico donde los portadores son de tipo iónico son notables. ¿Es cierto que se pueden realizar cálculos aproximados que por lo menos dan una orientación de por donde? ¿Apuntan? Las cosas, pero muchas veces los resultados así obtenidos no son ciertos más que en unas condiciones muy específicas y un simple cambio de concentración o de tipo de electrodo, que recordemos es una parte esencial del circuito, toda vez que él hará de puente entre el circuito externo y el iónico, lo modifican totalmente.
Si bien no es el caso exactamente de tu interés, sería muy interesante que con detenimiento leyeras la siguiente página:
http://www.gamry.com/G2/Appnotes/Reference/EISTheory/Theory/EIS_Theory.htm
Considero que es un paso previo para todo lo que vendrá después, no la leas con gran detalle ahora, eso lo harás en otro momento, sólo quedate con las ideas principales.
En ella se desarrolla de un modo muy básico la teoría de Espectroscopia de Impedancia Electroquímica EIS, si bien el nombre altisonante, ¿podríamos decir que es? ¿Modelizar? El circuito electroquímico para poder explicar los resultados observados. Soslayando algunos puntos teóricos desarrollados en esa página es interesantísimo ver los diferentes modelos que se pueden aplicar, desde el más elemental de considerar al electrolito como una resistencia a los más complejos en que aparecen efectos de condensador y de bobina.
Bien, pasemos ahora a temas más concretos.
Cuando el circuito se simplifica al máximo y se admite, entre otras muchas cosas, que los iones siguen un camino recto, la fórmula típica de la resistencia de un conductor R= (1/x)* (l/s) puede aplicarse. No obstante se habla de la inversa de la resistencia y todo se hace con relación a ella, es decir, a la conductividad. F.W. Kohlrausch enunció su ley en el sentido de que las conductividades podían ser aditivas en los iones, es decir, que cada uno contribuía al global. Por tanto estas simples lineas concretan lo que preguntas, sin embargo, me voy a permitir la licencia de ampliar todo lo anterior con profusión de links, toda vez que mi especialidad es química teórica.
Mira las siguientes páginas:
En esta primera hay la idea básica de lo que dijo Kohlrausch
http://www.zeiss.com/C12567A100537AB9/allBySubject/9BBD454D0BCC325EC1256D0900331437
Y de la siguiente, que corresponde a una práctica de laboratorio químico y está en formato pdf ves a su página 5,6 y 7 que es donde se resume el formulario y las fórmulas básicas.
http://www.uniovi.es/~quimica.fisica/trans/ExpQuimFis/Experimento1.pdf
Verás que si fuéramos capaces de conocer la conductividad a dilución infinita de cierto producto, podríamos hacerlo a cualquier otra concentración, esto es en síntesis la ley de Kolrausch, él para ello define un parámetro que en la página 5 de la anterior cita designa por b. Sería Debye Huckel Onsager quienes por vía teórica deducirían esos valores sólo en función de magnitudes elementales, página 6 de la cita, sin embargo verás que aun hay la dependencia del factor Lambda supercero, es decir la conducción del electrolito totalmente disociado (dilución infinita). Sobre este punto y de cara a que todo te pueda quedar lo más claro posible y puedas ver los gráficos y esquemas que permiten hacer el modelo simple de conducción y refleaj claramente la idea de conducción a dilución infinita te recomiendo estas dos excelentes páginas de una Universidad de Méjico y de una profesora de la Universidad de Puerto Rico, ambas describen de forma clarísima lo que te interesa saber:
http://redquimica.pquim.unam.mx/fisicoquimica/electroquimica/U2N1.htm
http://cuhwww.upr.clu.edu/~inieves/w_CONDUCTANCIA-.htm
Si tienes interés en ver el desarrollo teórico completo de la teoría, si bien para ello las matemáticas empleadas ya son elevadas, la podrás encontrar en el siguiente trabajo de quince páginas, ¿qué si bien es amplio lo más interesante es lo relacionado con el? ¿Ambiente? Del ion en el proceso de conducción, quizá la idea clave.:
http://www.fi.uba.ar/materias/6307/QFII-2M2C2-FO1-f.pdf
En:
http://www.fi.uba.ar/materias/6307/QFII-p2b-v12-2m2c2-f.pdf
Se amplia la teoría anterior pero con muchos datos y ejemplos prácticos, lo importante son los datos y gráficos.
Sin embargo hay mucho más que decir... todo lo anterior llevado al campo práctico no deja de ser una visión simplificada. Observa que admitimos de un modo tácito que no hay más proceso que el de conducción, si lo que se maneja es corriente continua en los electrodos aparecerán nuevos efectos y la resistencia de ese minúsculo tramo de interfase frente a él puede llegar a introducir una resistencia en ocasiones comparable a la de todo el recorrido que tuvo el ion en la fase líquida. Vuelve a leer ahora la primera referencia sobre el EIS y estarás de acuerdo que muchas veces estas teorías, bellas por su concepción no dejan de ser, por su aplicabilidad, más que un ejercicio de papel y lápiz.
Me han quedado muchos enlaces interesantes pero opino que los anteriores te convertirán en un expertto en el tema de la conducción de iones.
Perdona por la extensión pero fuiste a preguntarme algo que en su momento fue de gran importancia en mis estudios.
¿Cómo se calcula la resistencia eléctrica de una solución acuosa? ¿Hay alguna forma de definir su resistividad? ¿Es a base de saber la cantidad de iones libres?
Es sí, a todas y cada una de tus preguntas, pero te aseguro que no es sencillo y si bien desde el punto de vista teórico tiene gran interés, desde el punto de vista práctico es inviable por su complejidad.. No he podido encontrar ninguna referencia elemental y lo que he hecho es, por desconocer tu nivel de química teórica, recopilarte toda una serie de links que van hacia la teoría que permite hacer una estimación de lo que te interesa. Adelantarte que la ley de Kohlrausch es la que subyace en el fondo de todo y si bien esta ley experimentalmente coincide bien, obligó a desarrollar otros conceptos teóricos de cara a justificar unos valores empíricos que en ella aparecen.
La dificultad de tratar un circuito eléctrico donde los portadores son de tipo iónico son notables. ¿Es cierto que se pueden realizar cálculos aproximados que por lo menos dan una orientación de por donde? ¿Apuntan? Las cosas, pero muchas veces los resultados así obtenidos no son ciertos más que en unas condiciones muy específicas y un simple cambio de concentración o de tipo de electrodo, que recordemos es una parte esencial del circuito, toda vez que él hará de puente entre el circuito externo y el iónico, lo modifican totalmente.
Si bien no es el caso exactamente de tu interés, sería muy interesante que con detenimiento leyeras la siguiente página:
http://www.gamry.com/G2/Appnotes/Reference/EISTheory/Theory/EIS_Theory.htm
Considero que es un paso previo para todo lo que vendrá después, no la leas con gran detalle ahora, eso lo harás en otro momento, sólo quedate con las ideas principales.
En ella se desarrolla de un modo muy básico la teoría de Espectroscopia de Impedancia Electroquímica EIS, si bien el nombre altisonante, ¿podríamos decir que es? ¿Modelizar? El circuito electroquímico para poder explicar los resultados observados. Soslayando algunos puntos teóricos desarrollados en esa página es interesantísimo ver los diferentes modelos que se pueden aplicar, desde el más elemental de considerar al electrolito como una resistencia a los más complejos en que aparecen efectos de condensador y de bobina.
Bien, pasemos ahora a temas más concretos.
Cuando el circuito se simplifica al máximo y se admite, entre otras muchas cosas, que los iones siguen un camino recto, la fórmula típica de la resistencia de un conductor R= (1/x)* (l/s) puede aplicarse. No obstante se habla de la inversa de la resistencia y todo se hace con relación a ella, es decir, a la conductividad. F.W. Kohlrausch enunció su ley en el sentido de que las conductividades podían ser aditivas en los iones, es decir, que cada uno contribuía al global. Por tanto estas simples lineas concretan lo que preguntas, sin embargo, me voy a permitir la licencia de ampliar todo lo anterior con profusión de links, toda vez que mi especialidad es química teórica.
Mira las siguientes páginas:
En esta primera hay la idea básica de lo que dijo Kohlrausch
http://www.zeiss.com/C12567A100537AB9/allBySubject/9BBD454D0BCC325EC1256D0900331437
Y de la siguiente, que corresponde a una práctica de laboratorio químico y está en formato pdf ves a su página 5,6 y 7 que es donde se resume el formulario y las fórmulas básicas.
http://www.uniovi.es/~quimica.fisica/trans/ExpQuimFis/Experimento1.pdf
Verás que si fuéramos capaces de conocer la conductividad a dilución infinita de cierto producto, podríamos hacerlo a cualquier otra concentración, esto es en síntesis la ley de Kolrausch, él para ello define un parámetro que en la página 5 de la anterior cita designa por b. Sería Debye Huckel Onsager quienes por vía teórica deducirían esos valores sólo en función de magnitudes elementales, página 6 de la cita, sin embargo verás que aun hay la dependencia del factor Lambda supercero, es decir la conducción del electrolito totalmente disociado (dilución infinita). Sobre este punto y de cara a que todo te pueda quedar lo más claro posible y puedas ver los gráficos y esquemas que permiten hacer el modelo simple de conducción y refleaj claramente la idea de conducción a dilución infinita te recomiendo estas dos excelentes páginas de una Universidad de Méjico y de una profesora de la Universidad de Puerto Rico, ambas describen de forma clarísima lo que te interesa saber:
http://redquimica.pquim.unam.mx/fisicoquimica/electroquimica/U2N1.htm
http://cuhwww.upr.clu.edu/~inieves/w_CONDUCTANCIA-.htm
Si tienes interés en ver el desarrollo teórico completo de la teoría, si bien para ello las matemáticas empleadas ya son elevadas, la podrás encontrar en el siguiente trabajo de quince páginas, ¿qué si bien es amplio lo más interesante es lo relacionado con el? ¿Ambiente? Del ion en el proceso de conducción, quizá la idea clave.:
http://www.fi.uba.ar/materias/6307/QFII-2M2C2-FO1-f.pdf
En:
http://www.fi.uba.ar/materias/6307/QFII-p2b-v12-2m2c2-f.pdf
Se amplia la teoría anterior pero con muchos datos y ejemplos prácticos, lo importante son los datos y gráficos.
Sin embargo hay mucho más que decir... todo lo anterior llevado al campo práctico no deja de ser una visión simplificada. Observa que admitimos de un modo tácito que no hay más proceso que el de conducción, si lo que se maneja es corriente continua en los electrodos aparecerán nuevos efectos y la resistencia de ese minúsculo tramo de interfase frente a él puede llegar a introducir una resistencia en ocasiones comparable a la de todo el recorrido que tuvo el ion en la fase líquida. Vuelve a leer ahora la primera referencia sobre el EIS y estarás de acuerdo que muchas veces estas teorías, bellas por su concepción no dejan de ser, por su aplicabilidad, más que un ejercicio de papel y lápiz.
Me han quedado muchos enlaces interesantes pero opino que los anteriores te convertirán en un expertto en el tema de la conducción de iones.
Perdona por la extensión pero fuiste a preguntarme algo que en su momento fue de gran importancia en mis estudios.
No te perdono nada Joaquin siempre me sacas de dudas con la ipecabilidad académica a la que estoy acostumbrado (soy Ingeniero Mecánico Electricista) y dos proyectos míos se vieron frutrados por no saber este tema, y ya me veía venir que hacia falta en algunos casos una modelización compleja según la forma del electrodo; me pondré a estudiar estos links y te agradezco tu invalorable dedicación.
