• Wprowadzenie
  • Laboratorium z chemii fizycznej




    Download 70.13 Kb.
    bet1/3
    Sana24.03.2017
    Hajmi70.13 Kb.
    #2029
      1   2   3

    LABORATORIUM Z CHEMII FIZYCZNEJ

    Ćwiczenie 12




    Equation Chapter 1 Section 1 Konduktometria – przewodnictwo elektrolitów mocnych i słabych


    Cel ćwiczenia


    Celem ćwiczenia jest wyznaczenie granicznego przewodnictwa molowego elektrolitów mocnych (np. HCl, NaCl, CH3COONa) i słabych (CH3COOH) oraz wyznaczenie stałej dysocjacji kwasu octowego na podstawie pomiarów przewodnictwa roztworów tych elektrolitów.

    Wprowadzenie


    Konduktometria jest metodą elektroanalityczną opartą na pomiarze przewodnictwa roztworu znajdującego się pomiędzy dwiema elektrodami, do których przyłożony jest prąd zmienny. Przewodnictwo roztworu (G) jest miarą jego zdolności do przewodzenia prądu elektrycznego i wyraża się odwrotnością jego oporu (R), który zgodnie z prawem Ohma opisuje zależność:

    (1)

    gdzie: - oporność właściwa [·m], A i l odpowiednio powierzchnia elektrod oraz odległość między nimi. Skoro jednostką oporu jest om [] to jednostką przewodnictwa jest [-1] zwany simensem [S], a wspomniana wyżej zależność przyjmuje postać:



    (2)

    gdzie  to przewodnictwo właściwe [S·m-1]. Tak powierzchnia elektrod A jak i odległość pomiędzy nimi l są trudne w pomiarze bezpośrednim, dlatego często wyznacza się na podstawie pomiarów dla roztworów o znanym przewodnictwie wartość stosunku zwaną w konduktometrii stałą naczynka elektrolitycznego lub pojemnością oporową naczynka. Przewodnictwo właściwe  zależy od liczby jonów obecnych w roztworze, a dokładnie zależy od rodzaju elektrolitu jego stężenia oraz temperatury. Dla danej temperatury w zakresie małych stężeń wzrost przewodnictwa właściwego (niemal linowy) jest wynikiem zwiększania się koncentracji jonów. W szerszym zakresie stężeń obserwuje się po początkowym wzroście, spadek przewodnictwa wraz ze wzrostem stężenia roztworu. W roztworach elektrolitów o dużym stężeniu przewodnictwo początkowo rośnie wraz ze wzrostem stężenia, a następnie maleje, co jest efektem wpływu stężenia nie tylko na ilość jonów, ale również na ich ruchliwość. Porównywanie przewodnictwa różnych elektrolitów typu AB umożliwia wielkość zwana przewodnictwem molowym m [S·m2·mol-1], i zdefiniowana jako:



    (3)

    gdzie c oznacza stężenie elektrolitu. Z uwagi na fakt, iż stężenie najczęściej wyrażane jest w jednostce mol·dm-3 dla zgodności z układem SI wyrażenie na przewodnictwo molowe przyjmuje postać:



    (4)

    W ogólnym przypadku dla elektrolitów wszystkich typów porównanie przewodności różnych związków można przeprowadzić za pomocą przewodnictwa równoważnikowego:



    (5)

    gdzie n – liczba moli kationów/anionów powstałych podczas dysocjacji jednego mola elektrolitu, a z – ładunek kationów/anionów.


    Przewodnictwo molowe jest funkcją stężenia elektrolitów (rysunek) zależność ta odnosi się tak do elektrolitów mocnych (np. HCl, KCl, CH3COONa) jak i słabych (np. CH3COOH). W obu przypadkach dla stężenia zmierzającego do zera osiągana jest wartość przewodnictwa oznaczana jako m0 i określana jako graniczne przewodnictwo molowe.
    Dla roztworów elektrolitów mocnych przewodnictwo molowe jedynie nieznacznie maleje ze wzrostem stężenia zgodnie z zależnością (prawo Kohlaruscha):

    (6)

    gdzie Λm0 graniczne przewodnictwo molowe, c – stężenie elektrolitu, K – stała uzależniona od stechiometrii oraz typu elektrolitu.

    W przypadku elektrolitów słabych związek pomiędzy przewodnictwem molowym a granicznym przewodnictwem molowym można przedstawić zależnością:

    (7)

    gdzie α jest stopniem dysocjacji elektrolitu. Uwzględniając zależność pomiędzy stałą dysocjacji (K), stopniem dysocjacji oraz początkowym stężeniem elektrolitu (c0) znaną powszechnie pod nazwą prawa rozcieńczeń Ostwalda:



    (8)

    można powyższą zależność przekształcić do postaci umożliwiającej wyznaczenie granicznego przewodnictwa molowego słabych elektrolitów z pomiarów przewodnictwa ich roztworów:



    (9)

    gdzie K jest stałą dysocjacji słabego elektrolitu (np. dla kwasu octowego K = 1,75·10-5), c oznacza natomiast stężenie roztworu elektrolitu.

    Graniczne przewodnictwo molowe można również przedstawić zależnością:

    (10)

    gdzie i oznaczają odpowiednio graniczne przewodnictwo molowe kationów i anionów, a ν+ i ν- są współczynnikami stechiometrycznymi we wzorze elektrolitu (np. dla HCl czy CH3COOH ν+=1 i ν-=1, dla ZnCl2 ν+=1 a ν-=2). Powyższa zależność znana jest pod nazwą prawo niezależnej wędrówki jonów Kohlaruscha umożliwia obliczenie granicznego przewodnictwa molowego tak dla elektrolitów mocnych (wystarczy zsumować wielkości granicznych przewodnictw poszczególnych jonów, uwzględniając stechiometrię związku, korzystając np. z danych literaturowych - w roztworze wodnym w temperaturze 298K wynosi 34,96 mS·m2·mol-1 dla analogicznych warunków wynosi 7,63 mS·m2·mol-1) jak i słabych np. kwasu octowego.

    W celu wyznaczenie granicznego przewodnictwa kwasu octowego należy wyznaczyć (np. z pomiarów przewodnictwa lub wyliczyć na podstawie danych literaturowych) wartość granicznego przewodnictwa molowego dla HCl, NaCl oraz CH3COONa a następnie obliczyć wartość szukanego przewodnictwa granicznego CH3COOH z zależności:

    (11)



    Download 70.13 Kb.
      1   2   3




    Download 70.13 Kb.