Sensores de condutividade

Condutividade de uma solução

Dá-se o nome de solução a uma mistura de várias substâncias químicas, componentes dessa solução. Interessa considerar as soluções constituídas por misturas homogéneas. Uma mistura homogénea é aquela cuja composição não varia de ponto para ponto. Uma solução constitui uma única fase, i.e. uma porção de matéria homogénea. Uma solução pode ser sólida, líquida ou gasosa. Relativamente às soluções líquidas podem-se considerar soluções em que ambos os componentes são líquidos (e.g. álcool etílico e água), outras em que um componente é gasoso (e.g. dióxido de carbono em água) ou então sólido (e.g. cloreto de sódio e água).

Quando, por exemplo, se dissolve cloreto de sódio em água obtém-se uma solução aquosa de cloreto de sódio, i.e. uma mistura homogénea; não é possível, na solução, distinguir o cloreto de sódio da água. Por contraste, quando se adiciona óleo à água não se obtém uma solução química, uma vez que a mistura não é homogénea, podendo sempre distinguir-se zonas em que só há óleo de zonas em que só existe água (se necessário recorrendo ao microscópio).

Quando se trata da mistura de um sólido ou de um gás que se dissolve num líquido, ao primeiro, o que se dissolve, chama-se soluto e ao segundo, o líquido onde se dá a dissolução, dá-se o nome de solvente. Numa solução aquosa de cloreto de sódio, este é o soluto, sendo a água o solvente; como curiosidade note-se que o mar é a maior solução aquosa que se conhece.

Quando os dois componentes da solução são líquidos, é norma considerar-se como solvente o que existe em maior quantidade. Se existirem em quantidades iguais considera-se como solvente o componente mais volátil.

Para que duas substâncias em presença formem uma solução é necessário que se estabeleçam entre as suas moléculas forças suficientemente fortes para vencerem as forças intermoleculares inicialmente existentes entre as partículas de cada uma das substâncias a misturar.

Determinados compostos, quando dissolvidos, separam-se em iões. É o caso do cloreto de sódio que, quando dissolvido em água, dá origem a dois iões: o ião positivo Na⁺ e o ião negativo Cl⁻. As soluções resultantes chamam-se electrólitos. Os iões positivos são moléculas das quais se libertaram electrões, sendo os iões negativos moléculas que capturaram electrões. O número de electrões perdidos ou adquiridos por um ião é representado simbolicamente pela mesma quantidade de sinais + ou – a seguir ao símbolo químico. Assim, Na⁺ representa um ião positivo resultante de um átomo de sódio que perdeu um electrão. Aos iões positivos dá-se também o nome de catiões (por serem atraídos pelo cátodo) e aos iões negativos dá-se o nome de aniões (por serem atraídos pelo ânodo).

Ao colocar dois eléctrodos polarizados dentro de uma solução, os iões positivos ou catiões deslocam-se para o cátodo (negativo) e os iões negativos ou aniões deslocam-se para o ânodo (positivo). Estabelece-se assim uma corrente eléctrica e a liberdade que os iões têm em migrar é medida pela condutividade da solução, i.e. pela intensidade desta corrente eléctrica, se os eléctrodos forem submetidos a uma tensão eléctrica constante.

Os electrólitos fortes têm um grau de dissociação elevado, logo uma condutividade alta. Os electrólitos fracos têm uma condutividade baixa.

A condutividade de uma solução segue a lei de Ohm, tanto em corrente contínua como em corrente alternada, excepto para tensões e frequências muito elevadas. Se aos eléctrodos mergulhados numa solução for aplicada uma d.d.p. U, a corrente I que a atravessa é dada por

                                                                                                                                (1)

À grandeza G, inverso da resistência (G=1/R), dá-se o nome de condutância do conjunto formado pela solução e pelos eléctrodos.

No caso da condução da corrente eléctrica se efectuar apenas entre o volume limitado por dois eléctrodos, cada um de área A, à distância ℓ um do outro, a condutância pode ser obtida pela expressão

                                                                                                                               (2)

Os parâmetros A e ℓ caracterizam os eléctrodos. O parâmetro σ caracteriza o electrólito e dá-se-lhe o nome de condutividade da solução.

A expressão (2) é inversa da que relaciona a resistência eléctrica R de um condutor de comprimento ℓ e secção recta A com a sua resistividade ρ, e que se representa esquematicamente na figura 1.

No Sistema Internacional de Unidades, a condutividade exprime-se em siemens por metro (S m−1).

Repare-se que enquanto o pH de uma solução é devido à concentração de iões H⁺ (ou H₃O⁺), a condutividade é devida à concentração de todos os iões presentes na solução. Para obter o valor do pH mede-se uma d.d.p., para a determinação da condutividade faz-se circular uma corrente eléctrica.

A condutividade de uma solução depende de muitos factores, entre eles do solvente, do soluto, da concentração e da temperatura.

Artigo redigido segundo o Antigo Acordo Ortográfico.

Rui Vilela Dionísio
Departamento de Sistemas e Informática
Escola Superior de Tecnologia de Setúbal do Instituto Politécnico de Setúbal

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