LEY DE DISTRIBUCION DE NERST

En 1391 se formula la ley de reparto, creada por Nerst. Esta ley establece que una sustancia se distribuye entre dos solventes, hasta que en el equilibrio se alcanza una relación constante de las actividades de la sustancia en las dos capas, para una temperatura establecida.
Un cierto recipiente está separado en dos compartimentos en los que existen dos soluciones de la misma sustancia (porejemplo, KCl) con concentraciones diferentes a ambos lados. Si la membrana que separa ambas disoluciones es permeable sólo a los iones de un tipo, se establece una cierta diferencia de concentraciones que genera una diferencia de potencial eléctrico en la membrana.

Supongamos concentraciones iniciales tales que la solución en el lado derecho sea más diluida que la del lado izquierdo y que lamembrana sea permeable sólo a los iones K+. Si se realiza una medida de la diferencia de potencial en ambos compartimentos, en esta situación inicial, no se detecta ninguna ya que las dos soluciones son eléctricamente neutras (V = 0).

Debido a la diferencia de concentraciones, los iones K+ y Cl- tenderían a difundirse hacia el compartimento menos concentrado pero tal como hemos supuesto, sólo el ionK+ puede atravesar la membrana. Se establece por tanto una migración de estos iones, cuyo flujo a través de la membrana viene determinado por la Ley de Fick:

Tan pronto como empieza la difusión se produce un desequilibrio de carga, ya que el compartimento de la derecha se enriquece en iones K+ cargándose positivamente. Esto da lugar a la aparición de una diferencia de potencial (V " 0)susceptible de ser medida; y simultáneamente aparece un campo eléctrico y una fuerza electrostática neta sobre los iones K+ que tiende a empujarlos hacia el compartimento de la izquierda (el de mayor concentración inicial). Esta fuerza electrostática da lugar a un flujo de iones en sentido opuesto.

Nos encontramos ahora con dos mecanismos operativos antagónicos: el gradiente de concentraciones tiendea empujar los iones K+ hacia la derecha, mientras el potencial eléctrico tiende a empujarlos hacia la izquierda. A medida que transcurre el tiempo, el gradiente de concentración se va reduciendo mientras el potencial va aumentando, por lo que se llegará a una situación de equilibrio en que los flujos de iones K+ debidos a la difusión se igualan con el flujo impulsado por las fuerzas eléctricas.En este punto, se alcanza una cierta diferencia de concentraciones y de potencial que se denomina potencial de equilibrio o potencial de Nernst:
Donde:

CA y CB son las concentraciones de las dos disoluciones.

R es la constante de los gases, de valor R=8,31 J/mol ºK.

T es la temperatura absoluta.

F es la constante de Faraday.

z es la carga del ion que se difunde.

MATERIALEXPERIMENTAL:


Para la realización de este experimento vamos a utilizar:

Una célula electroquímica con dos compartimentos (A y B) separados por una membrana permeable solo a los cationes.

Dos electrodos conectados a un multímetro con los que mediremos la diferencia de potencial que se establece entre las dos disoluciones.

Disoluciones de KCl de concentraciones 0,1M, 0,01M y 0,001M.

Unajeringuilla graduada con la que tomaremos medidas de 1mL de disolución.

Un vaso de precipitados en que reproduciremos las condiciones iniciales de la celda A cada vez, con el objetivo de medir la asimetría de nuestros electrodos.

Una probeta con la que mediremos volúmenes más grandes (45 - 50 mL) .

Un termómetro.

Un agitador magnético.

Frasco lavador.

REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA:En primer lugar, se mide la temperatura con un termómetro suspendido en un matraz sobre una disolución de KCl. Se expresa en términos de temperatura absoluta. Para nuestra práctica, resulta ser:

T = 230 K

A continuación preparamos la celda electroquímica, que se divide en dos celdas: la celda A, y la celda B o celda de referencia. En esta celda de referencia depositamos 50 mL de una...