Marcin Zieliński 22.IV.2003

opiekun: prof. R. Wódzki

Ćwiczenie nr. 2

Przewodnictwo wody i słabych elektrolitów.

Wyznaczanie stałej dysocjacji K_a słabych elektrolitów.

1. Wstęp.

Elektrolity słabe w roztworach dysocjują jedynie częściowo. Należą do nich słabe kwasy i zasady BrØnsteda, takie jak CH₃COOH lub NH₃. Znaczna zależność przewodnictwa od stężenia wynika z przesunięcia dla małych stężeń molowych następującej równowagi:

(1)

w kierunku produktów. W równaniu (1) a_x oznacza aktywność chemiczną reagenta x.

Przewodnictwo zależy od liczby jonów obecnych w roztworze, a zatem od stopnia dysocjacji α elektrolitu. Zgodnie z definicją stopnia dysocjacji kwasu HA o stężeniu molowym c w stanie równowagi spełnione są następujące zależności:

Zaniedbując współczynniki aktywności, stałą równowagi dysocjacji kwasu K_a można w przybliżeniu wyrazić wzorem:

(2)

W równaniu (2) α oznacza stopień dysocjacji słabego elektrolitu zaś c oznacza jego stężenie. Przy nieskończonym rozcieńczeniu elektrolit jest całkowicie zdysocjowany, a jego przewodnictwo molowe wynosi
. Ponieważ w rzeczywistym roztworze jedynie ułamek α wszystkich cząsteczek obecnych jest w postaci jonów, zmierzone przewodnictwo molowe
wynosi:

(3)

W równaniu (3) podana jest zależność stopnia dysocjacji słabego elektrolitu od zmierzonego przewodnictwa molowego. Mając tą daną i stężenie elektrolitu można wyznaczyć za pomocą równania (2) jego stałą dysocjacji.

Woda destylowana źle przewodzi elektryczność, jednak na skutek obecności zanieczyszczeń takich, jak np. amoniak, CO₂, i ślady rozpuszczonych substancji stałych, wymywanych ze ścianek naczynia oraz z powietrza i pyłu, wykazuje ona przewodnictwo wystarczające do wywierania znacznego wpływu na wyniki pomiarów w dokładnych badaniach. To źródło błędów ma szczególnie duże znaczenie w przypadku pomiarów w roztworach rozcieńczonych albo w roztworach słabych elektrolitów, ponieważ wtedy przewodnictwo wody ma taki sam rząd wielkości jak przewodnictwo elektrolitu. Jeśli zakładając przewodnictwo rozpuszczalnika sumowało się zwyczajnie z przewodnictwem roztworu elektrolitu, to można by w stosunkowo prosty sposób wprowadzić odpowiednią poprawkę. W większości przypadków domieszki znajdujące się w wodzie mogą wpływać na dysocjację elektrolitu (lub odwrotnie); oprócz tego przewodnictwo roztworu nie będzie równe sumie przewodnictw składników Należy, zatem używać wody w miarę możliwości jak najlepiej oczyszczonej bez domieszek. Taka woda nosi nazwę wody do oznaczania przewodnictwa elektrolitów. Do zwykłych prac laboratoryjnych nadaje się woda o przewodnictwie poniżej 5μS.

2. Literatura:

P. W. Atkins „Chemia fizyczna” PWN W-wa - 1999, str. 714

3. Substancje chemiczne:

- roztwór kwasu octowego

- roztwór kwasu chloro octowego

- roztwór kwasu benzoesowego

Oświadczam, że zapoznałem się z kartami charakterystyk w/w substancji i znane mi są właściwości tych substancji, sposoby bezpiecznego postępowania z nimi oraz zasady udzielania pierwszej pomocy w nagłych wypadkach.

------------------------

4. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest poznanie metod pomiaru stałych dysocjacji słabych kwasów a także wprowadzenie w zastosowanie metod elektrochemicznych do analizy ilościowej substancji (miareczkowanie konduktometryczne).

5. Wykonanie ćwiczenia:

Wpierw włączyłem termostat i ustawiłem temperaturę na 25^oC. W międzyczasie naczyńko pomiarowe przemyłem wodą destylowaną i osuszyłem. Do naczyńka pomiarowego odmierzyłem pipetą 50cm³ wody używanej do pomiaru przewodnictwa i zanurzyłem w nim sondę konduktometryczną. Naczyńko termostatowałem przez 10 minut i po tym czasie zmierzyłem przewodnictwo wody w nim umieszczonej. Przewodnictwo było mniejsze od 5μS, więc mogłem zacząć właściwe pomiary. Do wody w naczyńku zacząłem dodawać porcjami za pomocą automatycznej pipety po 1cm³ badanego roztworu kwasu. Po każdej dodanej porcji naczyńko termostatowałem 10 minut i po upływie tego czasu spisywałem wartość przewodnictwa. Pomiary wykonywałem do momentu dodania sumarycznej objętości 7cm³ kwasu do wody. Po wykonaniu pomiaru przewodnictwa badanego kwasu, naczyńko pomiarowe i sondę konduktometryczną dokładnie przemyłem woda i osuszyłem. Następnie przygotowałem odważkę 0.7456g KCl, wsypałem ją do kolby miarowej na 100cm³ i dopełniłem do kreski wodą destylowaną. Następnie sporządziłem roztwory KCl o stężeniach 0.01, 0.02, 0.04 i 0.1 molowych. Na podstawie roztworów o stężeniach 0.01, 0.02 i 0.04 wykonałem pomiar przewodnictwa. Po wykonaniu pomiarów przewodnictwa roztworów KCl, naczyńko pomiarowe i sondę konduktometryczną dokładnie przemyłem wodą i osuszyłem. Następnie naczyńko pomiarowe wypełniłem wodą destylowaną i wykonałem pomiar jej przewodnictwa. Po wykonaniu pomiarów przewodnictwa wody, naczyńko pomiarowe i sondę konduktometryczną dokładnie osuszyłem.

- 3 -

---