Indústria de sensores analíticos

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).

Tabela I

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.

Processamento químico:
Detecção do fim de lavagem de precipitados, determinação da solubilidade de sais pouco solúveis, titulações condutométricas.

Tabela II

Alguns valores da condutividade de 25 ºC
Valores aproximativos em microSiemens
 

 

 

Introdução
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

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.

Pressão e temperatura
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.

Corrosividade
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.
Apresentação

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.
 

 

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").

PARA UTILIZAÇÃO INDUSTRIAL
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
Materiais:
Corpo da célula	Vidro borossilicato
Eletrodos	Platina com depósi
Temperatura máxima de operação:
Modelos para laboratório