Soluciones Y Electrolitos

Introducción

Una solución es una mezcla homogénea de especies químicas dispersas a escala molecular. Una solución es una fase simple. El constituyente presente en mayor cantidad se le considera solvente o disolvente, mientras que aquellos presentes en cantidades relativamente pequeñas se denominan solutos.

Las sustancias como los ácidos, las bases y las sales que en disolución tienen la propiedad de ser conductoras de la corriente eléctrica, reciben el nombre de electrolitos, las de mas sustancias se consideran como no electrolitos.

Ley de Faraday

Experimento de Faraday que muestra la inducción entre dos espiras de cable: La batería (derecha) aporta la corriente eléctrica que fluye a través de una pequeña espira (A), creando un campo magnético. Cuando las espiras son estacionarias, no aparece ninguna corriente inducida. Pero cuando la pequeña espira se mueve dentro o fuera de la espira grande (B), el flujo magnético a través de la espira mayor cambia, induciéndose una corriente que es detectada por el galvanómetro (G).1

La ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente ley de Faraday) establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde:2

(*)

Donde es el campo eléctrico, es el elemento infinitesimal del contorno C, es la densidad de campo magnético y S es una superficie arbitraria, cuyo borde es C. Las direcciones del contorno C y de están dadas por la regla de la mano derecha.

Esta ley fue formulada a partir de los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831. Esta ley tiene importantes aplicaciones en la generación de electricidad.

Formas alternativas

Nótese que la fórmula (*) permite intercambiar el orden de la integral de superficie y la derivada temporal siempre y cuando la superficie de integración no cambie con el tiempo. Por medio del teorema de Stokes puede obtenerse una forma diferencial de esta ley:

Ésta es una de las ecuaciones de Maxwell, las cuales conforman las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo. La ley de Faraday, junto con las otras leyes del electromagnetismo, fue incorporada en las ecuaciones de Maxwell, unificando así al electromagnetismo.

En el caso de un inductor con N vueltas de alambre, la fórmula anterior se transforma en:

Donde Vε es el voltaje inducido y dΦ/dt es la tasa de variación temporal del flujo magnético Φ. El sentido del voltaje inducido (el signo negativo en la fórmula) se debe a la ley de Lenz.

Significado físico

La ley de Lenz plantea que las tensiones inducidas serán de un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjo. Esta ley es una consecuencia del principio de conservación de la energía.

La polaridad de una tensión inducida es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original.

El flujo de un campo magnético uniforme a través de un circuito plano viene dado por un campo magnético generado en una tensión disponible con una circunstancia totalmente proporcional al nivel de corriente y al nivel de amperios disponible en el campo eléctrico.

Cuando un voltaje es generado por una batería, o por la fuerza magnética de acuerdo con la ley de Faraday, este voltaje generado, se llama tradicionalmente «fuerza electromotriz» o fem. La fem representa energía por unidad de carga (voltaje), generada por un mecanismo y disponible para su uso. Estos voltajes generados son los cambios de voltaje que ocurren en un circuito, como resultado de una disipación de energía, como por ejemplo en una resistencia.

Conductividad eléctrica

La conductividad eléctrica es la medida de la capacidad de un material que deja pasar la corriente eléctrica, su aptitud para dejar circular libremente las cargas eléctricas. La conductividad depende de la estructura atómica y molecular del material, los metales son buenos conductores porque tienen una estructura con muchos electrones con vínculos débiles y esto permite su movimiento. La conductividad también depende de otros factores físicos del propio material y de la temperatura.

La conductividad es la inversa de la resistividad, por tanto , y su unidad es el S/m (siemens por metro) o Ω-1•m-1. Usualmente la magnitud de la conductividad (σ) es la proporcionalidad entre el campo eléctrico y la densidad de corriente de conducción :

Grados de si disolución

El grado de disociación puede verse claramente en los ácidos y bases. En efecto, los ácidos y bases fuertes se disocian completamente, es decir, como el HCl y HNO3 (ácido clorhídrico y nítrico) están completamente disociados en medio acuoso, lo cual significa que el hidrógeno ácido H+ está navegando completamente solo y separado del Cl- o el NO3-. En el caso de las bases fuertes como el NaOH y KOH, ocurre lo mismo, el hidroxilo alcalino -OH está separado en su totalidad del catión Na+ y K+.

Es por ello que estos ácidos y bases son peligrosos, dado que están a un máximo de exposición a sus elementos ácidos (H+) o básicos (-OH), los cuales les dan la propiedad de corrosivos.

En el caso de ácidos y bases débiles, al estar en estado acuoso no están completamente disociados, como el ácido acético HCOOH y el hidróxido de amonio NH4OH, donde algunos H+ están separados y otros están unidos al grupo HCOO-, o bien, algunos -OH están separados y otros unidos al grupo NH4+. Esto los hace menos corrosivos (pero aún así son peligrosos).

En este último caso, el grado de disociación está regido por una Constante de disociación del ácido o la base. Por ejemplo:

HCl «-----» H+ + Cl-

En donde la constante de disociación "k" está relacionada con las concentraciones de productos y reactivo:

k = [H+]*[Cl-]/[HCl], donde los corchetes significan

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