Numer ćwiczenia: 3	Temat ćwiczenia: Ruchliwość jonów. Liczby przenoszenia.	Data wykonania doświadczenia: 03.03.09r.
				Data oddania sprawozdania: 10.03.09r.
Grupa: C2	Imię i nazwisko: Katarzyna Sarnek	Nazwisko sprawdzającego: dr Leszek Zaraska
Uwagi:		Ocena:

1. Cel doświadczenia:

Celem przeprowadzonego doświadczenia było wyznaczenie: ruchliwości, przewodnictwa jonowego i promienia jonu
metodą ruchomej granicy. Dodatkowo wyznaczono liczby przenoszenia jonów H⁺ oraz
za pomocą aparatu Hittorfa.

2. Przebieg doświadczenia:

Wykonanie:

A) ruchliwość jonów:

● U - rurkę napełniono 0,003 M KNO₃ do około 1/3 wysokości.

● Lejek natomiast napełniono 0,003 M KMnO₄ i ostrożnie odkręcono kranik, by uzyskać ostrą granicę między fazami.

● Założono elektrody i włączono źródło zasalania o napięciu 80V jednocześnie rozpoczynając pomiar czasu.

● Dokonano dwóch pomiarów czasu, po którym granica przesunęła się każdorazowo o 0,5 cm.

● Następnie umyto i ponownie napełniono U-rurkę roztworami KNO₃ i KMnO₄ i dokonano pomiaru dla napięcia równego 160 V.

B) liczby przenoszenia:

● Zestawiono układ pomiarowy w skład którego wchodziły: naczyńko Hittorfa, kulometr gazowy i źródło prądu.

● Naczyńko Hittorfa napełniono 0,05 M HNO₃ i umieszczono w nim elektrody platynowe.

● Następnie napełniono kulometr 0,1 M NaOH i szczelnie zamknięto korkiem z elektrodami platynowymi.

● Zanotowano początkowy poziom zasady w kalibrowanej rurce.

● Włączono zasilanie i ustawiono prąd elektrolizy na 0,05 A.

● Po skończonej elektrolizie (gdy poziom zasady w kalibrowanej rurce kulometru podniósł się o 10 cm) zebrano roztwór ze środkowej części naczyńka Hittorfa.

● Do cylindrów miarowych zebrano osobno anolit i katolit i odczytano ich całkowite objętości.

● Następnie zmiareczkowano dwie otrzymane próbki o objętości 10 cm³ 0,1 M roztworem NaOH wobec fenoloftaleiny.

● Odczytano temperaturę o toczenia i ciśnienie barometryczne powietrza.

3. Zestawienie wyników:

A) ruchliwość jonów:

	U = 80V	t [s]	U=160V	t [s]
t1	12min 40 s	760	3min 50 s	230
t2	24min 01 s	681	8min 02s	252
t śr	720 s		241 s

B) liczby przenoszenia:

Roztwór	Vcałkowita roztroru [cm^3]	V titranta [cm^3]
ANOLIT	28,5	10,6
KATOLIT	26,0	9,4

♦ Temperatura T= 21,0^oC

♦ Ciśnienie p = 991,8 hPa

♦ Objętość zasady w kalibrowanej rurce:

stan początkowy: 11,5cm³

stan końcowy: 1,5cm³

4.Opracowanie wyników:

A) ruchliwość jonów:

Średnia prędkość poruszania się granicy faz

Założono, że ruch jonów w polu elektrycznym jest jednostajny

Dla napięcia 80V:

Dla napięcia 160V:

gdzie: v - średnia prędkość,

s - droga przebyta przez granicę,

t_śr. - średni czas przemieszczania się granicy

Ruchliwość jonów

Obliczono korzystając ze wzoru
oraz
,

gdzie: u - ruchliwość jonów,

v - średnia prędkość [m/s],

l - odległość elektrod, równa 35,5 cm,

U - napięcie [V].

Przewodnictwo

Obliczono korzystając ze wzoru:

gdzie: λ^o_- − przewodnictwo jonowe,

F − stała Faradaya (F = 96500 C/mol ),

u^o_- − ruchliwość anionu.

U [V]	E [1/V⋅cm]	v [cm/s]	u [cm^2/V⋅s]	 [S⋅cm^2/val]	śr [S⋅cm^2/val]
80	2,254	0,001027	0,00031	29,7374	37,07922
160	4,507	0,002427	0,00046	44,4210

Długość promienia jonu manganianowego (VII)

Obliczono korzystając ze wzoru:

gdzie:

r - promień jonu,

e_o - ładunek jednego elektronu, równy 1,6⋅10^-19 C,

n - wartościowość jonu,

u⁰ - ruchliwość jonu.

- współczynnik lepkości wody, równy w temperaturze 21^oC 1,0050 cP

Po podstawieniu otrzymano następujące wartości:

U [V]	r [nm]
80	274,2
160	183,5

Teoretyczne wartości długości promieni jonowych wynoszą
oraz
, MnO₄ ma budowę tetraedru więc teoretyczna długość promienia jonowego wynosi:
+2
= 326 nm.

B) liczby przenoszenia:

Objętość zużytego podczas miareczkowania titranta przeliczona na całkowitą ilość katolitu i anolitu.

Wyliczono według proporcji:

V titranta zużytego podczas miareczkowania-------------10 cm³ katolitu (anolitu)

x cm³ titranta ----------------------------------------------------V_całkowita katolitu (anolitu)

Obliczenia zestawiono w tabeli:

Roztwór	Vcałkowita roztworu [cm^3]	V titranta [cm^3]	Vcałkowita titranta[cm^3]
ANOLIT	28,5	10,6	30,2
KATOLIT	26,0	9,4	24,4

Liczba moli kwasu azotowego

Skorzystano ze wzoru:
=0,0030 mol

=0,0024 mol

gdzie: n_k - liczba moli kwasu w przestrzeni katodowej,

n_a - liczba moli kwasu w przestrzeni anodowej,

c - stężenie roztworu NaOH, równe 0,1 mol/dm³

Wartość n_a

Skorzystano ze wzoru:

Liczba przenoszenia jonu

Skorzystano ze wzoru:

gdzie: n - całkowita ilość przeniesionych moli kwasu.

W celu wyznaczenia wartości n przeliczono objętość wytworzonej w kolumetrze mieszaniny piorunującej na warunki normalne ( T=273 K, p = 1,013*10⁵ Pa) i uzyskany wynik wykorzystano w dalszych obliczeniach. Przyjmując że 1 cm³ mieszaniny piorunującej w warunkach normalnych odpowiada przeniesieniu 0,0594 milimoli kwasu.

Skorzystano z równania stanu gazu doskonałego: pV = nRT

=9,09 cm³

gdzie: p₁ - ciśnienie w pomieszczeniu podczas wykonywania ćwiczenia,

T₁ - temperatura w pomieszczeniu podczas wykonywania ćwiczenia,

V₁ - objętość mieszaniny piorunującej w warunkach wykonywania pomiarów,

równa 11,5 cm³-1,5cm³ = 10 cm³,

p₂ - ciśnienie normalne, równe 1,013*10⁵ Pa,

T₂ - temperatura w warunkach normalnych, równa 273^oC,

V₂ - objętość, jaką zajęłaby mieszanina piorunująca w warunkach normalnych.

Skorzystano z proporcji:

1cm³ wypartej cieczy---------------------0,0594*10^-3 mol kwasu

9,09 cm³ wypartej cieczy-----------------------------x moli kwasu

x = 5,40*10^-4 moli kwasu

Zatem:
=0,055

Liczba przenoszenia jonu wodorowego

=0,945

5. Dyskusja wyników:

W wyniku przeprowadzonego doświadczenia wyznaczono: ruchliwość, przewodnictwo jonowe i promień jonu
metodą ruchomej granicy oraz liczby przenoszenia jonów H⁺ oraz
za pomocą aparatu Hittorfa.

Wartości ruchliwości, przewodnictwa jonowego oraz promienia jonu
wyznaczone doświadczalnie odbiegają od wartości oczekiwanych. Literaturowa długość promienia jonu wynosi 326 nm, natomiast wartość przewodnictwa jonowego jonu manganianowego(VII), wynosi w temperaturze 25^oC 61,3 cm²S/mol. Błędy te mogą wynikać z różnicy temperatur w których pomiary były dokonane. (podczas wykonywania doświadczenia temperatura wynosiła 21,0^oC).Ponadto należy wziąć pod uwagę fakt uzyskania nie do końca ostrej granicy, a co za tym idzie niedokładnego pomiaru czasu wędrówki granicy i błędnego wyliczenia ruchliwości jonu. Różnica pomiędzy wartościami może także wynikać z niedokładnego ustawienia przyłożonego napięcia, a także z niedokładności pomiaru odległości między elektrodami za pomocą drutu i linijki.

Liczby przenoszenia dla jonów H⁺ i NO₃^- wyznaczone doświadczalnie różnią się od wartości tablicowych, równych:
= 0,84 oraz
= 0,16. Różnice te mogą wynikać z niedokładnego wyznaczenia objętości roztworów oraz błędów związanych z miareczkowaniem roztworów, tj. błąd paralaksy, błąd kropli, błąd spływu.

---