Ćwiczenie nr 1

Zależność przewodnictwa elektrycznego mocnych elektrolitów od stężenia.

Przewodność G roztworu jest odwrotnością jego oporu R (G = 1/R). Opór wyrażamy w omach Ω, zatem jednostką przewodności próbki jest odwrotność oma, czyli Ω^-1. Jednostka ta nosi nazwę simensa, 1S = 1Ω^-1. Przewodność próbki maleje wraz z jej długością l oraz rośnie ze wzrostem przekroju poprzecznego A, zatem:

G = κA / l

gdzie κ jest przewodnością właściwą. Jeżeli przewodność wyrazimy w simensach, wymiary zaś podamy w metrach, to w układzie SI jednostką κ jest simens na metr (S*m^-1).

Przewodność właściwa roztworu zależy od liczby obecnych w nim jonów, dlatego zazwyczaj wprowadza się przewodność molową Λ_m zdefiniowaną jako:

Λ_m = κ/c

gdzie c jest molowym stężeniem wprowadzonego elektrolitu. W układzie SI przewodność molową wyrażamy w jednostkach simens razy metr do kwadratu na mol (S*m²*mol^-1).

Gdyby przewodność właściwa κ była proporcjonalna do stężenia elektrolitu, to jego przewodność molowa byłaby od stężenia niezależna. Jednakże w praktyce stwierdzono, że przewodność molowa zmienia się ze stężeniem. Jednym z powodów takiej zależności jest to, że liczba jonów w roztworze nie musi być wcale proporcjonalna do stężenia elektrolitu.

Pomiary zależności przewodności od stężenia wykazały, że można wyróżnić dwie klasy elektrolitów. Cechą charakterystyczną elektrolitów mocnych jest to, że ich przewodność molowa maleje ze wzrostem stężenia jedynie nieznacznie. Natomiast dla elektrolitów słabych o stężeniach bliskich zera wartość przewodności molowej jest typowa, po czym ze wzrostem stężenia ulega gwałtownemu zmniejszeniu. Podział taki zależy zarówno od stosowanego rozpuszczalnika, jak i od substancji rozpuszczonej.

Elektrolity mocne są substancjami ulegającymi praktycznie całkowitej dysocjacji w roztworze. Należą do nich jonowe ciała stałe oraz mocne kwasy i zasady. W wyniku całkowitej dysocjacji stężenie jonów w roztworze jest proporcjonalne do stężenia wprowadzonego elektrolitu.

Badania prowadzone przez Friedricha Kohlrauscha wykazały, że przy małych stężeniach przewodność molowa mocnych elektrolitów zależy od pierwiastka kwadratowego ze stężenia:

Λ_m = Λ_m^° - κc^1/2

Zależność ta nosi nazwę prawa Kohlrauscha. Stała Λ_m^° jest graniczną przewodnością molową, czyli przewodnością molową przy stężeniu zmierzającym do zera (gdy efektywnie jony znajdują się nieskończenie daleko od siebie i nie oddziałują ze sobą). Stwierdzono, że stała κ w większym stopniu zależy od stechiometrii elektrolitu niż od jego rodzaju. Kohlrausch wykazał również, że stałą Λ_m^° można wyrazić jako sumę wkładów pochodzących od poszczególnych jonów. Jeśli graniczną molową przewodność kationów oznaczymy jako λ₊, anionów zaś λ _-, to prawo niezależnej migracji jonów przybiera postać:

Λ_m^° = ν₊λ₊ + ν_-λ _-

gdzie ν₊ i ν_- oznaczają liczby kationów i anionów we wzorze stechiometrycznym elektrolitu. Ten prosty wynik, który można zrozumieć, przyjmując, że jony poruszają się niezależnie, gdy stężenie zmierza do zera, pozwala na określenie granicznej przewodności molowej elektrolitu mocnego na podstawie danych zawartych w tablicach fizykochemicznych.

Literatura

Atkins P.W. „Chemia fizyczna”; Wydawnictwo PWN Warszawa 2001; str.712-714

Wykaz substancji chemicznych stosowanych w zadaniu.

roztwór chlorku potasu

roztwór chlorku sodu

Oświadczenie

Oświadczam, że znane są mi właściwości w/w substancji, sposoby bezpiecznego postępowania z nimi oraz zasady udzielania pierwszej pomocy w nagłych wypadkach.

Cel wykonania ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie zależności przewodnictwa elektrycznego mocnych elektrolitów od stężenia.

---