1. Wprowadzenie

Do wyznaczenia współczynnika dyfuzji (D) posłuży nam komora dyfuzyjna. Urządzenie to składa się z dwóch komór podzielonych przegrodą porowatą, tzw. diafragmą. Przegrodę może stanowić szkło porowate lub błona polimerowa. W pierwszej komorze zawierającej elektrody umieszcza się elektrolit (np. chlorek potasu, KCl), a w drugiej wodę destylowaną. Komorę podłącza się do konduktometru, na którym można odczytać przewodnictwo elektrolitu. W wyniku dyfuzji przewodnictwo chlorku potasu powinno maleć.

Dyfuzją nazywamy proces przepływu gazu lub substancji rozpuszczonej w czasie dt przez powierzchnię porowatą od większego stężenia do mniejszego. Przepływ masy składnika, zmierzający do wyrównania stężeń tego składnika w całym układzie, a więc zmierzający do stanu równowagi jest wprost proporcjonalny do wielkości gradientu stężeń składnika:

( I prawo Ficka )

gdzie: D_i jest współczynnikiem dyfuzji.

Współczynnik dyfuzji zależy od rodzaju układu,(w którym zachodzi proces), od temperatury, stężenia, a czasem od ciśnienia. Znak „ - „ oznacza, że przepływ jest w stronę malejącego stężenia. Prędkość dyfuzji jest wprost proporcjonalna do różnicy stężeń i odwrotnie proporcjonalna do grubości warstwy, przez którą proces zachodzi.

2. Pomiary

Lp.	Czas (sek), t	Przewodnictwo (mS), G
1	0	25,00
2	600	25,00
3	1200	24,75
4	1800	24,25
5	2400	24,00
6	3000	23,75
7	3600	23,25
8	4200	23,00
9	4800	22,50
10	5400	22,25
11	6000	21,75
12	6600	21,50
13	7200	21,25
14	7800	21,00
15	8400	20,75

3. Wykres zależności ln G = f(t)

Równanie wykresu (krzywej): y= - 2,4123 ⋅ 10^-5x + 3,2319

4. Obliczenia

Lp.	lnG	tּlnG	t^2
1	3,218876	0	0
2	3,218876	1931,325	360000
3	3,208825	3850,591	1440000
4	3,188417	5739,15	3240000
5	3,178054	7627,329	5760000
6	3,167583	9502,748	9000000
7	3,146305	11326,7	12960000
8	3,135494	13169,08	17640000
9	3,113515	14944,87	23040000
10	3,102342	16752,65	29160000
11	3,079614	18477,68	36000000
12	3,068053	20249,15	43560000
13	3,056357	22005,77	51840000
14	3,044522	23747,28	60840000
15	3,032546	25473,39	70560000

Metodą najmniejszych kwadratów został obliczony współczynnik nachylenia prostej, b wg wzoru:

gdzie:

m - liczba pomiarów

Wiedząc, że stała komory, wyznaczona metodą kalibracji dla 0,1 n KCl jest równa β=1,94 cm, można obliczyć współczynnik dyfuzji elektrolitu:

b = - β⋅D

Ponieważ współczynniki dyfuzji w roztworach ciekłych są rzędu 10^-4-10^-6, powyższy wynik można uznać za prawidłowy.

5. Dane z literatury

KCl = K⁺ +Cl^-

Przewodnictwo właściwe przewodników II klasy w temperaturze 18°C:

Elektrolit	Przewodnictwo (Ω^-1cm^-1)
1 n roztwór KCl w wodzie	0,09784
0,1 n roztwór KCl w wodzie	0,011167
0,01 n roztwór KCl w wodzie	0,0012205
Alkohol etylowy	0,000003
woda	0,000000043

Zależność przewodnictwa równoważnikowego wodnego roztworu chlorku potasu od stężenia w temperaturze 25°C:

Stężenie ( c )	Przewodnictwo
0,001	147,0
0,005	143,6
0,01	141,3
0,1	129,0
0,5	117,2
1,0	111,9

6. Wnioski

Wykonane doświadczenie pokazuje nam, że w wyniku dyfuzji chlorku potasu jego początkowe stężenie w komorze, w której roztwór został umieszczony, uległo zmniejszeniu (nastąpiło przemieszczenie części jonów z komory z elektrodami do komory z wodą destylowaną) . Tym samym nastąpił spadek przewodnictwa właściwego KCl, co jest zgodne z prawami chemii fizycznej elektrolitów (przy spadku stężenia roztworu obserwuje się spadek przewodnictwa właściwego i jednocześnie wzrasta przewodnictwo równoważnikowe).

Powolny spadek przewodnictwa chlorku potasu wynika z małej ruchliwości jonów K⁺ i Cl^-. W regularnych odstępach czasu obserwuje się systematyczną zmianę przewodnictwa. Powyższą zależność przedstawia wykres na 2. stronie. Brak idealnej liniowości krzywej można wytłumaczyć mało dokładną podziałką na skali konduktometru. Z otrzymanych pomiarów wynika, że spadek przewodnictwa w kolejnych odstępach czasu jest coraz mniejszy. Świadczy to o tym, że dyfuzja jest coraz mniej intensywna i przebiega tylko do określonego momentu (do wyrównania stężeń jonów K⁺ i Cl^- w obu komorach).

Ewa Nogawska Oznaczanie współczynnika dyfuzji elektrolitu metodą komorową

4

---