Paweł Jagiełło

wydział chemiczny

kierunek chemia

semestr IV

Laboratorium z chemii fizycznej

Ćwiczenie Nr 99

Temat:

„Oznaczanie współczynnika dyfuzji elektrolitu metodą komorową”

Data wykonania ćwiczenia:	Ocena:	Podpis:
Data oddania sprawozdania:	Ocena:	Podpis:

I. Zagadnienia teoretyczne :

Dyfuzją nazywamy samorzutny proces przenoszenia cząsteczek jednej substancji względem drugiej wywołany gradientem potencjałów chemicznych składników ( samorzutne mieszanie si€ substancji w wyniku ruchów termicznych ich cząsteczek ).W roztworach rozcieńczonych gradient potencjału chemicznego składnika może zostać zastąpiony gradientem stężenia . Gradient stężenia ma znak ujemny ( dyfuzja zachodzi zawsze w kierunku od miejsca o większym do miejsca o mniejszym stężeniu ). Przepływ składnika ( szybkość procesu ) wywołany dyfuzją opisuje I prawo Ficka :

gdzie J jest liczbą moli substancji rozpuszczonej przepływającej w jednostce czasu przez jednowarstwową powierzchnie , prostopadłą do kierunku przepływu , natomiast D jest współczynnikiem dyfuzji ( jest to szybkość dyfuzji przez powierzchni€ jednostkową i przy jednostkowym gradiencie stężenia ).

Jeżeli przepływ w roztworze zachodzi tylko w jednym kierunku , wzdłuż osi X , powyższe równanie można zapisać w postaci :

Przepływ składnika J powoduje zmiany jego stężenia w czasie , które opisuje II prawo Ficka :

Jeżeli współczynnik dyfuzji D nie zależy od stężenia składnika równanie przyjmuje prostszą postać :

Współczynnik dyfuzji D można wyznaczyć eksperymentalnie rozwiązując II prawo Ficka dla odpowiednich warunków brzegowych i początkowych . W szczególnych przypadkach , gdy przepływ składnika jest stacjonarny , tzn. niezmienny w czasie procesu , współczynnik dyfuzji D można wyznaczyć z praw Ficka . Metody wyznaczania wartości D oparte na rozwiązaniu I prawa Ficka nazywane są metodami stacjonarnymi . Należy do nich metoda komorowa ( podzielona przegrodą porowatą na dwie części I i II o objętościach V1 i V2 . Przegroda może być wykonana ze szkła piankowego , polimeru , odpowiedniego papieru .

Rozwiązanie I prawa Ficka dla metody komorowej ma postać :

Po napełnieniu a części I np. rozcieńczonym elektrolitem, a część II czystym rozpuszczalnikiem , elektrolit dyfunduje przez przegrodę . Równanie upraszcza się do postaci :

gdzie
jest wielkością charakterystyczną dla danej komory tzw. stała komory , wyrażona w
.

1. efektywna powierzchnia

I - efektywna grubość

II . Wyniki pomiarów :

Lp.	Czas ( sek.)	Przewodnictwo G (mS )	ln G (G zamienione na ( S ) )
1	0	20,9	-3,868
2	600	20,7	-3,8776
3	1200	20,3	-3,8971
4	1800	20,0	-3,912
5	2400	19,7	-3,9271
6	3000	19,4	-3,9425
7	3600	19,1	-3,9581
8	4200	18,8	-3,9739
9	4800	18,4	-3,9954
10	5400	18,1	-4,0118
11	6000	17,8	-4,0286
12	6600	17,5	-4,0456
13	7200	17,2	-4,0628
14	7800	17,0	-4,0745
15	8400	16,8	-4,0864
16	9000	16,6	-4,0984

III . Obliczenia :

• Mierzone przewodnictwo roztworu jest proporcjonalne do stężenia roztworu , zamiast zależności ln c= f(t) , które wynika z równania :
, wykonuj€ wykres zależności ln G= f(t) .

• Obliczam metodą najmniejszych kwadratów współczynnik nachylenia prostej b :

gdzie : m - liczba pomiarów

Σ= -63,7598

Σ= -290196

t	lnG	t * lnG
0	-3,868	0	0
600	-3,8776	-2326,56	360000
1200	-3,8971	-4676,52	1440000
1800	-3,912	-7041,6	3240000
2400	-3,9271	-9425,04	5760000
3000	-3,9425	-11827,5	9000000
3600	-3,9581	-14249,2	12960000
4200	-3,9739	-16690,4	17640000
4800	-3,9954	-19177,9	23040000
5400	-4,0118	-21663,7	29160000
6000	-4,0286	-24171,6	36000000
6600	-4,0456	-26701	43560000
7200	-4,0628	-29252,2	51840000
7800	-4,0745	-31781,1	60840000
8400	-4,0864	-34325,8	70560000
9000	-4,0984	-36885,6	81000000
Σ=72000			Σ=446400000

(Σt)
=5184000000 więc :

• Współczynnik nachylenia prostej jest równy : b= -β * D , oraz wiedząc , że stała komory , wyznaczona metodą kalibracji dla 0,1 n KCL jest równa β= 1,94 cm
, obliczam współczynnik dyfuzji elektrolitu :

D = 1,3798

IV . Wnioski :

Współczynnik nachylenie prostej jest , zgodnie z przewidywaniami wartością ujemną ( b = - 2,6769
) . W związku z tym wartość współczynnika dyfuzji ( D =1,3798
) jest dodatnia . Ujemna bowiem szybkość dyfuzji nie ma sensu fizycznego . Z tego powodu w równaniu

został wprowadzony znak minus .

---