Ćwiczenie nr 2

Przewodnictwo wody i słabych elektrolitów. Wyznaczanie stałej dysocjacji K_a słabych elektrolitów.

Elektrolity słabe w roztworach dysocjują jedynie częściowo. Należą do nich słabe kwasy i zasady Br_Önsteda, takie jak CH₃COOH lub NH₃. Znaczna zależność przewodności od stężenia wynika z przesunięcia dla małych stężeń molowych następującej równowagi

HA_(aq) + H₂O_(c) = H₃O⁺_(aq) + A^- _(aq)

K_a= [a(H₃O⁺) a(A^-)] / a(HA) (1)

w kierunku produktów.

Przewodność zależy od liczby jonów obecnych w roztworze, a zatem od stopnia dysocjacji α elektrolitu. Zgodnie z definicją stopnia dysocjacji kwasu HA o stężeniu molowym c w stanie równowagi spełnione są następujące zależności:

[H₃O⁺] = αc [A^-] = αc [HA] = (1-α)c (2)

Zaniedbując współczynniki aktywności, stałą równowagi dysocjacji kwasu K_a możemy w przybliżeniu wyrazić wzorem:

K_a = α²c / 1-α (3)

Wynika stąd, że:

α = K_a/2c{(1+ 4c/ K_a)^1/2 - 1} (4)

Przy nieskończonym rozcieńczeniu elektrolit jest całkowicie zdysocjowany, a jego przewodność molowa wynosi Λ_m° .Ponieważ w rzeczywistym roztworze jedynie ułamek α wszystkich cząsteczek obecny jest w postaci jonów, zmierzona przewodność molowa Λ_m wynosi:

Λ_m = αΛ_m° (5)

gdzie współczynnik α dany jest równaniem (4).

Znając wartość K_a na podstawie równań (4), (5) możemy przewidywać zależności przewodności molowej od stężenia, która całkiem dobrze zgadza się z wynikami doświadczalnymi. Alternatywnie zależność Λ_m od stężenia możemy wykorzystać do wyznaczania wartości granicznej przwodności molowej. W tym celu przekształćmy równanie (4) do postaci:

1/α = 1 + (αc/K_a)

a następnie korzystając z równania (5), otrzymujemy prawo rozcieńczeń Ostwalda:

1/Λ_m = 1/ Λ_m° + Λ_m *c / K_a( Λ_m° )²

Z równania tego wynika, że jeśli wykreślimy 1/Λ_m jako funkcję cΛ_m, to punkt przecięcia przy c = 0 będzie równy 1/ Λ_m°

Literatura

Atkins P.W. „Chemia fizyczna”; Wydawnictwo PWN Warszawa 2001; str. 712-715

Wykaz substancji stosowanych w zadaniu.

roztwór kwasu octowego

roztwór kwasu chlorooctowego

roztwór kwasu benzoesowego

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 stałej dysocjacji K_a słabych elektrolitów.

---