Bartosz Puchalski 6.IV.2005

Ćwiczenie 2

Przewodnictwo wody i słabych elektrolitów

wyznaczanie stałej dysocjacji K_a słabych elektrolitów

Przewodnictwo prądu elektrycznego polega na przenoszeniu ładunków elektrycznych, co w przypadku przewodników pierwszego rodzaju sprowadza się do przenoszenia elektronów. W elektrolicie następuje natomiast przemieszczanie się jonów. Stosunek różnicy potencjałów na końcach przewodnika E do oporu danego przewodnika R nazywamy natężeniem prądu I:

Opór R przewodnika, zależy od temperatury, jego charakteru chemicznego, oraz wymiarów przewodnika. Wprowadzając pojęcie oporu właściwego, opór przewodnika można zcharakteryzować wzorem:

;gdzie r - opór właściwy, l - długość przewodnika, S - przekrój poprzeczny przewodnika.

Odwrotność oporu nosi nazwę konduktywności lub przewodnictwa. Jednostką przewodnictwa jest [S^.m^-2] (S - simens).

Do pomiaru przewodnictwa elektrolitycznego używa się naczyńka z wtopionymi elektrodami. Stałe l i S skupione w jednym czynniku k zwanym stałą naczyńka dają prosty wzór na przewodnictwo x:

Stałą k wyznacza się w sposób pośredni, poprzez pomiar roztworu o znanym przewodnictwie.

Przewodzenie roztworu w elektrolicie zależy od stężenia jonu, jego ruchliwości, charakteru chemicznego, rodzaju rozpuszczalnika, temperatury. Dla elektrolitów mocnych otrzymujemy wzór na przewodnictwo:

a dla elektrolitów słabych:

Przy niskich stężeniach wzrost przewodnictwa wraz ze wzrostem stężenia można opisać zależnością liniową. Zależność ta jest związana z liniowym wzrostem ilości jonów podczas zwiększania stężenia. W przypadku roztworów o dużych stężeniach występuje tendencja, wzrostu lub nawet spadku przewodnictwa spowodowanym mniejszym niż liniowy wzrost ilości jonów w roztworze i zmniejszenia się ruchliwości jonów w przypadku wysokich stężeń. Pierwszy czynnik związany jest z elektrolitami słabymi, natomiast drugi z elektrolitami mocnymi.

Zmianę przewodnictwa można zastosować do pomiarów stężenia substancji i wielkości z nią związanych. Oznaczanie to nazywamy miareczkowaniem konduktometrycznym. Podczas alkacymetrycznego miareczkowania konduktometrycznego można oznaczać stałe dysocjacji słabych kwasów. Skok miareczkowania widoczny jest w postaci ostrza pojawiającego się na wykresie zależności przewodnictwa od objętości dodanego titranta. Wynika ono ze zmiany szybkości wzrostu lub spadku przewodnictwa od stężenia. W miarę dodawania titranta przewodnictwo maleje liniowo, po przekroczeniu punktu równoważnikowego miareczkowania, liniowo zaczyna się zwiększać w efekcie wzrostu liczby jonów w roztworze. Warunkiem uzyskania liniowych zależności pomiędzy przewodnictwem a objętością titranta, jest by stężenie tego ostatniego było odpowiednio duże, (co najmniej dziesięciokrotnie większe od stężenia roztworu miareczkowanego).

Analizę przeprowadza się umieszczając w zlewce z badanym roztworem odpowiednią elektrodę i mierząc na mostku Wheatstone'a opór roztworu każdorazowo po dodaniu określonej ilości titranta.

Metody miareczkowania konduktometrycznego mają tę zaletę, że są wszechstronne oraz można je stosować również do roztworów niewodnych.

Literatura:

• J. Ceynowa, M. Litowska, R. Nowakowski, J. Ostrowska-Czubenko; Podręcznik do ćwiczeń laboratoryjnych z chemii fizycznej, UMK Toruń 1999, str. 25-36

• L. Sobczyk, A. Kisza, K. Gatner, A. Koll.; Eksperymentalna chemia fizyczna, PWN Warszawa 1982

• K. Pigoń, Z. Ruziewicz; Chemia fizyczna, PWN Warszawa 1982, str. 295-296

Substancje wykorzystywane w zadaniu:

• roztwór kwasu octowego

• roztwór kwasu chlorooctowego

• roztwór kwasu benzoesowego

Oświadczam, że zapoznałem się z kartami charakterystyk w/w substancji i znane mi są właściwości tych substancji, sposoby bezpiecznego postępowania z nimi oraz zasady udzielania pierwszej pomocy w nagłych wypadkach.

Celem tego ćwiczenia jest poznanie nowych metod wyznaczania stałych dysocjacji słabych kwasów, poprzez wprowadzenie i zastosowanie metod elektrochemicznych do analizy ilościowej substancji - miareczkowanie konduktometryczne.

---