Łódź 7.12.2013r.

Wydział: BiNoŻ

Kierunek: Biotechnologia
nr indeksu:

15

ĆWICZENIE Nr 41

WYZNACZANIE MOLOWEGO PRZEWODNICTWA GRANICZNEGO















POLITECHNIKA ŁÓDZKA

2013

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:

,

przewodnictwa pozwalającą na obliczenie granicznego przewodnictwa molowego λ₀ (czyli 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:

WYKONANIE ZADANIA:

Obliczenia:

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

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

Γ_KCl - zmierzone przewodnictwo roztworu wyjściowego KCl = 1,673 mS

Znając wartość stałej naczyńka konduktometrycznego obliczam przewodnictwa właściwe i molowe badanych roztworów:

• Przewodnictwo właściwe:

- dla roztworu NaCl, o stężeniu 0,05 mol/dm³

- dla roztworu NaCl, o stężeniu 0,025 mol/dm³

- dla roztworu NaCl, o stężeniu 0,010 mol/dm³

- dla roztworu NaCl, o stężeniu 0,0050mol/dm³

- dla roztworu NaCl, o stężeniu 0,0025 mol/dm³

• Przewodnictwo molowe:

- dla roztworu NaCl, o stężeniu 0,05 mol/dm³

- dla roztworu NaCl, o stężeniu 0,025 mol/dm³

- dla roztworu NaCl, o stężeniu 0,010 mol/dm³

- dla roztworu NaCl, o stężeniu 0,0050mol/dm³

- dla roztworu NaCl, o stężeniu 0,0025 mol/dm³

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]
	Γ1	Γ2	Γ3	Γsr
0,0025	0,47	0,48	0,48	0,476	0,0420	0,016080
0,0050	0,72	0,74	0,73	0,73	0,0616	0,012330
0,0100	1,36	1,37	1,37	1,36	0,0115	0,011500
0,025	3,05	3,07	3,07	3,063	0,2587	0,010350
0,05	5,70	5,71	5,71	5,706	0,4819	0,009638

Na podstawie tych wartości można wyznaczyć przewodnictwo graniczne tego elektrolitu, sporządzając wykres zależności λ = f(c^1/2) i drogą ekstrapolacji znajdując szukaną wartość graniczną.

Molowe przewodnictwo graniczne odczytane z równania krzywej metodą ekstrapolacji liniowej wynosi 0,0156
.

Wartość teoretyczna oczytana z tablic wynosi

= 0,012375

Wnioski

Celem tego ćwiczenia było wyznaczenie molowego przewodnictwa granicznego dla danego roztworu. Moim roztworem badanym był roztwór NaCl. Roztworem wzorcowym do wyznaczenia stałej naczynka konduktometrycznego był KCl. Wszystkie pomiary wykonane były w temperaturze 25⁰C.

Wartość granicznego przewodnictwa molowego literaturowego dla NaCl wynosi 0,012375 S*m²*mol^-1, natomiast wartość dla tego granicznego przewodnictwa w przeprowadzonym przeze mnie doświadczeniu wyniosła 0,0156 S*m²*mol^-1. Wynika stąd, że moje doświadczenie zostało przeprowadzone z niewielkim błędem aczkolwiek wyniki można uznać za poprawne. Na małą dokładność wyniku mogły się złożyć następujące czynniki: niedokładne przemycie naczynka po badaniu roztworu wzorcowego, niedokładne sporządzenie roztworów o zadanych stężeniach.

---