98.03.26

Igor Czerski

Wydział Chemiczny

Laboratorium z chemii fizycznej

ćwiczenie Nr 42

Temat: „Pomiar przewodnictwa elektrolitów”

Igor Czerski

Wydział Chemiczny

kurs magisterski

Nr grupy dziekańskiej 1

Zagadnienia teoretyczne

Przewodnictwem właściwym roztworu (κ) nazywamy przewodnictwo roztworu znajdującego się pomiędzy dwiema równoległymi elektrodami, o powierzchni jednostkowej, odległymi od siebie o jednostkę długości.

Pomiar przewodnictwa elektrolitycznego przeprowadza się w specjalnym naczyńku z wtopionymi elektrodami platynowymi, pokrytymi czernią platynową, do którego wlewa się badany roztwór. Naczyńko takie przyłącza się do konduktometru, który jest zautomatyzowanym mostkiem Wheatstone'a.

Przewodnictwo właściwe κ, związane ze zmierzonym przewodnictwem roztworu w naczyńku G:

gdzie k - stała naczyńka [l/s]

Ponieważ odległość między elektrodami (l) i powierzchnia (s) są z reguły trudne do określenia, stałą naczyńka wyznaczamy doświadczalnie. W tym celu napełnia się naczyńko roztworem wzorcowym, najczęściej 0,01 n roztworem chlorku potasowego i wykonuje pomiar przewodnictwa G_w.

Stała naczyńka będzie więc równa:

gdzie κ_w - przewodnictwo właściwe roztworu wzorcowego

G_w - przewodnictwo roztworu wzorcowego

Przewodnictwem molowym elektrolitu nazywamy przewodnictwo takiej objętości roztworu, w której zawarty jest 1 mol elektrolitu i która znajduje się pomiędzy równoległymi elektrodami, oddalonymi od siebie o jednostkę długości:

gdzie c - stężenie molowe badanego roztworu

Dla rozcieńczonych roztworów mocnych elektrolitów (są to elektrolity, które w roztworach o skończonych stężeniach są całkowicie zdysocjowane, a w fazie stałej sieć krystaliczną tworzą jony, a nie obojętne cząsteczki) przewodnictwo λ można opisać empiryczną zależnością Kohlrauscha:

,

pozwalającą na obliczenie granicznego przewodnictwa molowego λ₀ (czyli przewodnictwa molowego nieskończenie rozcieńczonego roztworu elektrolitu, które zależy od temperatury, rodzaju rozpuszczalnika i ruchliwości jonów) metodą ekstrapolacji.

Dla elektrolitów słabych (są to elektrolity, które w roztworze dysocjują na jony tylko częściowo, a wiązanie w niezdysocjowanej cząsteczce nie ma charakteru jonowego) taka ekstrapolacja nie jest możliwa i przewodnictwo graniczne oblicza się jako sumę przewodnictw molowych:

Można natomiast obliczyć stopień dysocjacji elektrolitu:

oraz (korzystając z prawa rozcieńczeń Ostwalda) stałą dysocjacji:

Tabele pomiarowe

stężenie roztworu (mol/dm^3)	Przewodnictwo				przewodnictwo właściwe κ [Sm^-1]	przewodnictwo molowe λ [Sm^2mol^-1]
	G1	G2	G3	G

Obliczenia

Na podstawie dokonanych pomiarów można obliczyć stałą naczyńka konduktometrycznego, użytego do ćwiczenia:

κ_w - przewodnictwo właściwe roztworu wzorcowego = 0,1413 Sm^-1 (w 25 ^°C)

G_w - zmierzone przewodnictwo roztworu wyjściowego = 2,67 mS

Znając wartość stałej naczyńka konduktometrycznego obliczam przewodnictwa właściwe i molowe badanych roztworów np. dla roztworu NaCl, o stężeniu 0,05 mol/dm³:

• przewodnictwo właściwe:

• przewodnictwo molowe:

W ten sposób policzone wartości przewodnictw właściwych i molowych badanych roztworów zamieszczono w tabeli:

stężenie roztworu (mol/dm^3)	przewodnictwo				przewodnictwo właściwe κ [Sm^-1]	przewodnictwo molowe λ [Sm^2mol^-1]
	G1	G2	G3	G
0,003125	0,65	0,66	0,66	0,66	0,0349	0,0112
0,00625	1,04	1,05	1,06	1,05	0,0556	0,0089
0,0125	1,49	1,49	1,49	1,49	0,0788	0,0063
0,025	2,02	2,02	2,02	2,02	0,1069	0,0043
0,05	2,52	2,52	2,52	2,52	0,1334	0,0027

Wartość stałej dysocjacji obliczam z zależności :

Gdzie :

-przewodnictwo molowe [Sm²mol^-1]

c_r- stężenie roztworu CH₃COOH [mol/m³]

_o-przewodnictwo graniczne [Sm²mol^-1]

Wartość przewodnictwa granicznego _o dla CH₃COOH obliczam z zależności :

_o = CH₃COO^-+H⁺

Wartość przewodnictw CH₃COO^-oraz H⁺ odczytuję z tablic.

Wnioski

Otrzymana przeze mnie wartość granicznego przewodnictwa molowego badanego elektrolitu (NaCl) - 0,0130 Sm²mol^-1 jest bliska wartości podanej w tabelach - 0,012645 Sm²mol^-1 (wartość teoretyczn --> [Author:p] ą otrzymałem poprzez sumowanie granicznych przewodnictw molowych jonów Na⁺ i Cl^-). O dużej zgodności otrzymanej przeze mnie wartości może również świadczyć fakt, że obliczone przewodnictwo molowe elektrolitu zmieniało się rzeczywiście prawie liniowo wraz z rozcieńczeniem roztworu. Pewne jednak błędy związane z wyznaczeniem szukanej wartości granicznego przewodnictwa molowego NaCl mogły być spowodowane brakiem całkowitej pewności w określeniu temperatury pomiarów. O tym, jak ważnym czynnikiem jest temperatura może świadczyć fakt, że przewodnictwo właściwe 0,01n roztworu KCl, w zakresie 5 °C zmienia się aż dwukrotnie.

---