WSTĘP

Stopień dysocjacji słabych elektrolitów , do których zalicza się m. in. większość kwasów organicznych i zasad w przeciwieństwie do elektrolitów mocnych , które ulegają w roztworach wodnych całkowitej dysocjacji , zależy w wyraźny sposób od stężenia. Charakter tej zależności można określić na drodze rozważań termodynamicznych. Między cząsteczkami niezdysocjowanymi i powstałymi w wyniku dysocjacji jonami ustala się bowiem stan równowagi termodynamicznej z charakterystyczną dla danego elektrolitu stałą dysocjacji , która - co jest jej istotną właściwością - nie zależy od stężenia i jest tylko funkcją temperatury i ciśnienia.

Dla słabego elektrolitu , np. kwasu HA , który dysocjuje na jony H⁺ i A^-

HA H⁺ +A^-

termodynamiczną stałą dysocjacji opisuje zależność:

(1)

Aktywność i -tego składnika roztworu a_c,i można wyrazić :

(2)

Zgodnie z definicją stopnia dysocjacji stężenie jonów i cząsteczek niezdysocjowanych można wyrazić następująco :

(3)

c_HA = ( 1 - α)⋅c (4)

Ze wzorów (1) - (4) otrzymujemy :

(5)

Duże znaczenie praktyczne ma przybliżona postać równania (5) znana pod nazwą prawa rozcieńczeń Ostwalda :

(6)

Stałą K_c można bardzo prosto wyznaczyć eksperymentalnie. Wystarczy w tym celu określić np. na podstawie pomiarów przewodnictwa elektrycznego roztworów , stopień dysocjacji danego elektrolitu. W przypadku dostatecznie rozcieńczonych elektrolitów można się posłużyć zależnością :

(7)

Podstawiając zależność (7) do równania (6) otrzymujemy :

(8)

lub odpowiednio przekształcając otrzymujemy równanie prostej w postaci :

(9)

gdzie punkt przecięcia z osią rzędnych ma współrzędną a = 1/Λ₀ , a współczynnik nachylenia prostej b = 1/(K_c⋅Λ₀²⋅ce). Kreśląc zależność wartości 1/Λ w funkcji iloczynu Λ⋅c otrzymujemy linię prostą.

OPRACOWANIE WYNIKÓW

Wyniki pomiarów przedstawiono w tabeli :

L.P.	stężenie r-ru c	Przewdnictwo L	Przewodnictwo właściwe	Przewodnictwo równoważnikowe
kwas octowy
1.	0,0625	376	584,9432	9,359
2.	0,0313	284	441,8188	14,116
3.	0,0156	203	315,8071	20,244
4.	0,007	137,6	214,06432	30,581
5.	0,0039	99	154,0143	39,491
6.	0,002	68,4	106,40988	53,205
7.	0,001	47	73,1179	73,118
KCl
1.	0,005	420	653,394	130,679
NaCl
1.	0,1	9640	14996,948	149,969
2.	0,05	5330	8291,881	165,838
3.	0,025	2780	4324,846	172,994
4.	0,0125	1436	2233,9852	178,719
5.	0,0063	751	1168,3307	185,449
6.	0,0032	372	578,7204	180,850
7.	0,0016	188,7	293,56059	183,475
HCl
1.	0,1	35500	55227,35	552,274
2.	0,05	18690	29076,033	581,521
3.	0,025	10140	15774,798	630,992
4.	0,0125	5340	8307,438	664,595
5.	0,0063	2780	4324,846	686,483
6.	0,0032	1424	2215,3168	692,287
7.	0,0016	726	1129,4382	705,899
octan sodu
1.	0,1	5000	7778,5	77,785
2.	0,05	2650	4122,605	82,452
3.	0,025	1395	2170,2015	86,808
4.	0,0125	713	1109,2141	88,737
5.	0,0063	370	575,609	91,367
6.	0,0032	250	388,925	121,539
7.	0,0016	200	311,14	194,463

Cechowanie naczyńka przeprowadzono dla 0,005 n roztworu chlorku potasowego , którego przewodnictwo obliczono z zależności :

κ = 711,4 + 11,6 ( t - 25 ) [ μS / cm ] (10)

przy czym temperatura roztworu ( t ) wynosiła 18,5 °C. Podstawiając zmierzoną za pomocą konduktometru wartość przewodnictwa L oraz wór na κ do poniższej zależności otrzymujemy tzw. stałą elektrody C_N :

[ cm ] (11)

Wartość stałej elektrody pozwoli obliczyć przewodnictwo właściwe κ każdego roztworu poprzez przekształcenie wzoru (11) do postaci:

κ = C_N L [ μS / cm ] (12)

Przewodnictwo równoważnikowe obliczamy wg zależności :

[Scm² / mol ] (13)

Na podstawie tabeli dla poszczególnych elektrolitów można wykreślić zależności

κ = f (c) (cztery pierwsze wykresy)

(kolejne cztery)

WYZNACZAM STAŁĄ DYSOCJACJI KWASU OCTOWEGO

L.P.	stężenie r-ru c	y = 1/	x =	x 2	xy
1.	0,0625	0,106848	584,9432	342158,5472	62,5
2.	0,0313	0,070844	441,8188	195203,852	31,3
3.	0,156	0,049397	315,8071	99734,12441	15,6
4.	0,0078	0,0327	214,06432	45823,5331	7
5.	0,0039	0,025322	154,0143	23720,4046	3,9
6.	0,002	0,018795	106,40988	11323,06256	2
7.	0,001	0,013677	73,1179	5346,2273	1
suma		0,317583	1890,1755	723309,7512	123,3
		kwadrat	3572763,421

Współrzędna punktu przecięcia prostej z osią y wynosi 0,022

Wiedząc , że

wyznaczam Λ₀

Λ₀ = 51,813 [Scm² /mol]

Współczynnik nachylenia prostej b wynosi :

b = 0,0001

a następnie pamiętając o tym , że

obliczam wartość stałej dysocjacji kwasu octowego K_ac :

K_ac = 3,72⋅10^-5

Wartość przewodnictwa równoważnikowego w granicznym rozcieńczeniu oblicza się również ze wzoru :

gdzie : t = 20°C

Λ₀ = 390,7 + 5,5(t-25) [Scm² /mol]

Λ₀ = 363,2 [Scm² /mol]

według danych literaturowych stała dysocjacji kwasu octowego K_ac wynosi :

K_ac = 1,754 10^-5

Obliczam błąd :

δ = 112,09 %

ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ

Laboratorium studenckie

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 17

Temat ćwiczenia :

1. Wyznaczanie zależności przewodnictwa elektrolitów od stężenia

2. Wyznaczanie stałej dysocjacji kwasu octowego metodą konduktometryczną

Tomasz Dziadosz

Łukasz Daniel

SZCZECIN 2003

7

---