71
16. PRZEWODNICTWO ROZTWORÓW ELEKTROLITÓW
WST
P
Opór przewodnika o stałym przekroju jest wprost proporcjonalny do jego długości,
l, zaÅ› odwrotnie proporcjonalny do pola przekroju, A:
(16.1)
l
R= ÁÅ"
A
StaÅ‚a proporcjonalnoÅ›ci Á charakteryzujÄ…ca przewodniki zwana jest oporem
wÅ‚aÅ›ciwym lub rezystywnoÅ›ciÄ…. Odwrotność oporu wÅ‚aÅ›ciwego Á zwana jest
przewodnictwem właściwym (przewodnością właściwą) lub konduktywnością,
º:
(16.2)
1
º =
Á
zaś odwrotność oporu R jest przewodnictwem, G:
(16.3)
1
G =
R
Geometria układu (naczyńka) służącego do pomiaru przewodnictwa wyrażona jest
w wielkości zwanej stałą naczyńka k, którą wyznacza się przez pomiar
przewodnictwa G roztworu o znanej wartoÅ›ci przewodnictwa wÅ‚aÅ›ciwego º:
(16.4)
l k
k = =
A G
Miarą zdolności przenoszenia ładunku przez mol (lub gramorównoważnik)
substancji rozpuszczonej jest przewodnictwo molowe (lub równoważnikowe)
elektrolitu ›:
(16.5)
k
› = Å"
c
gdzie c jest stężeniem roztworu elektrolitu wyrażonym w mol dm-3.
72
Ekstrapolacja wartoÅ›ci › do stężenia zerowego daje dla elektrolitów mocnych
wartość granicznego przewodnictwa molowego ›" .
(16.6)
›" = lim ›
c0
Zgodnie z prawem Kohlrauscha wartoÅ›ci ›" dla elektrolitów sÄ… sumÄ… udziałów
jonowych:
"
(16.7)
›" = " + 
+ -
Poszczególne typy przewodnictwa i oporu, wraz z jednostkami zostały zebrane w
Tabeli 16.1.
Tabela 16.1 Opór i przewodnictwo wraz z jednostkami
Nazwa Symbol Jednostka SI
Oporność elektryczna R
&!
Przewodnictwo elektryczne G
S = &!-1
Opór właściwy
Á &!m
Á
ÁÁ
Przewodnictwo właściwe
º Sm-1 = &!-1 m-1
º
ºº
Przewodnictwo molowe
› Sm2mol-1 = &!-1m2mol-1
Graniczne przewodnictwo molowe
Sm2mol-1 = &!-1m2mol-1
›"
Przewodnictwo molowe jonu
 Sm2mol-1 = &!-1m2mol-1
Graniczne przewodnictwo molowe jonu
" Sm2mol-1 = &!-1m2mol-1
Równanie (16.7) pozwala wyznaczyć wartość przewodnictwa granicznego dla
elektrolitów słabych. Np. aby obliczyć wartość granicznego przewodnictwa
molowego dla kwasu octowego, ›" (HAc), można zmierzyć wartoÅ›ci ›" dla HCl,
NaCl i NaAc i stąd obliczyć szukaną wartość:
(16.8)
›" (HAc) = ›" (Hcl) + ›" (NaAc) - ›" (NaCl)
Wartość ›" elektrolitu sÅ‚abego pozwala na oszacowanie wartoÅ›ci stopnia
dysocjacji ą i stałej dysocjacji K (z prawa rozcieńczeń Ostwalda). Np. dla
elektrolitu 1:1 wartościowego, czyli też dla kwasu octowego:
73
(16.9)
›
Ä… =
›"
oraz
(16.10)
a2 c
K =
1 - a
CEL ĆWICZENIA
1. Zbadanie przewodnictwa molowego NaCl, CH3COONa, HCl (elektrolity
mocne)
oraz CH3COOH (elektrolit słaby) od stężenia.
2. Wyznaczenie wartości przewodnictwa granicznego dla kwasu octowego.
3. Wyznaczenie stopnia dysocjacji i stałej dysocjacji dla kwasu octowego.
APARATURA
Konduktometr typ N 5721.
Termostat.
SZKA
O
Zlewki 100 ml - 2 szt.
Tryskawka.
Pipeta wielomiarowa 10 ml - 1 szt.
Kolbki miarowe 50 ml - 6 szt.
Naczynie termostatowane do pomiarów przewodnictwa.
ODCZYNNIKI
Roztwór NaCl 0,1 mol dm-3.
Roztwór HCl 0,1 mol dm-3
Roztwór NaCl 0,1 mol dm-3.
Roztwór CH3COONa 0,1 mol dm-3.
Roztwór CH3COOH 0,1 mol dm-3.
74
WYKONANIE ĆWICZENIA
1. Pomiary przewodnictwa przeprowadza się w naczyńku termostatowanym.
2. Pomiary należy wykonać w temperaturze 25oC.
3. Zmierzyć przewodnictwo właściwe roztworów NaCl, HCl, CH3COONa oraz
3
CH3COOH o stężeniach 0,020, 0,015, 0,010, 0,005, 0,001 i 0,0005 mol/dm
oraz wody destylowanej używanej do przyrządzania roztworów. Należy
zwrócić uwagę na czystość naczyń: kolbki, jak i naczyńko pomiarowe powinny
być przed przystąpieniem do pomiarów wielokrotnie przemyte wodą
destylowaną. Pomiary należy rozpoczynać od roztworu najbardziej
rozcieńczonego i kończyć na najbardziej stężonym (bez przemywania wodą
pomiędzy poszczególnymi stężeniami).
UWAGA !!! Po zakończeniu ćwiczenia elektrodę po uprzednim wypłukaniu
pozostawić zanurzoną w wodzie destylowanej.
Konduktometry wyposażone fabrycznie w sondę o jednostkowej stałej naczyńka
(np. Elwro N-5721) wyskalowane są bezpośrednio w jednostkach przewodnictwa
właściwego [S/m].
Konduktometry wyposażone w sondy o niejednostkowej stałej naczyńka
(np. aparat firmy Radelkis OK-102/1) posiadają skalę wyrażoną w [&!-1]. W tym
przypadku konieczne jest wyznaczenie stałej naczyńka oraz przeliczenie
zmierzonego przewodnictwa na wartości przewodnictwa właściwego.
OPRACOWANIE WYNIKÓW
1. Od wyznaczonych wartoÅ›ci przewodnictwa wÅ‚aÅ›ciwego roztworów º
odjąć przewodnictwo wÅ‚aÅ›ciwe wody º .
H2O
2. Obliczyć przewodnictwo molowe badanych roztworów.
3. Wykreślić zależność przewodnictwa molowego od c badanych roztworów.
4. Wyznaczyć przez ekstrapolację graficzną wartość granicznego przewodnictwa
molowego dla NaCl, CH3COONa i HCl.
5. W oparciu o prawo Kohlrauscha wyznaczyć graniczne przewodnictwo molowe
dla CH3COOH.
6. Wyznaczyć stopień i stałą dysocjacji CH3COOH w badanych roztworach.
7. Wykreślić zależność stałej dysocjacji CH3COOH od c oraz od c.