Warmiński Artur

Worek Tomasz

Ćwiczenie 10,1

Wyznaczanie granicznego przewodnictwa elektrolitu

Elektrolit jest to substancja przewodząca prąd elektryczny, może być to roztwór, ciecz, lub ciało stałe. Przewodność G roztworu jest odwrotnością jego oporu R (G=$\frac{1}{R}$), jednostką przewodności jest Siemens [S], (S=$\frac{1}{\Omega}$). Przewodność płytki maleje wraz ze wzrostem jej długości l oraz rośnie ze wzrostem przekroju poprzecznego A, zatem: G=$\frac{\mathbf{\text{kA}}}{\mathbf{l}}$, gdzie K jest przewodnością właściwą. Jeżeli przewodność wyrażamy w [S], wymiary podamy w [m], to stała K będzie w [$\frac{S}{m}$]. Ponieważ przewodność właściwe roztworu zależy od liczby obecnych w nim jonów, dlatego wprowadza się przewodność molową Λ_m=$\frac{K}{c}$, gdzie c jest molowym stężeniem wprowadzonego elektrolitu. Przewodność właściwa K nie jest proporcjonalna do stężenia elektrolitu, dlatego przewodność molowa zmienia się wraz ze stężeniem. Powodem tego jest fakt, iż liczba jonów w roztworzenie zawsze jest proporcjonalna do stężenia elektrolitu oraz silne oddziaływania pomiędzy jonami (przewodność nie jest ściśle proporcjonalna do liczby obecnych jonów).

Mocne elektrolity (o dużym stopniu dysocjacji) mają przewodność molową, która maleje ze wzrostem stężenia jedynie nieznacznie, natomiast dla słabych elektrolitów (o małym stopniu zdysocjowania) o stężeniach bliskich zera wartość przewodności molowej jest typowa, po czym ze wzrostem stężenia ulega gwałtownemu zmniejszeniu. Moc elektrolitu zależy od stosowanego rozpuszczalnika, jak i od substancji rozpuszczonej.

Przy małych stężeniach przewodność molowa mocnych elektrolitów zależy od pierwiastka kwadratowego ze stężenia: Λ_m=$\Lambda_{m}^{0} - \ Kc^{\frac{1}{2}}$, zależność ta nosi nazwę prawa Kohrauscha. Stała Λ_m⁰ jest graniczną przewodnością molową, czyli przewodnością molową przy stężeniu zmniejszającym do zera. Stwierdzono, że stała K w większym stopniu zależy od stechiometrii elektrolitu niż od jego rodzaju. Stałą Λ_m⁰ można wyrazić jako sumą w pochodzących od poszczególnych jonów. Dla słabego elektrolitu, przy nieskończonym rozcieńczeniu jest on całkowicie zdysocjowany, a jego przewodność molowa wynosi Λ_m⁰. Ponieważ w rzeczywistym roztworze jedynie ułamek α wszystkich cząstek obecnych jest w postaci jonów, zmierzona przewodność molowa Λ_m = αΛ_m⁰. Znając wartość K_a możemy przewidywać zależność przewodności molowej od stężenia, która całkiem zgadza się z wynikami doświadczalnymi. Zależność Λ_m od stężenia można wykorzystać do wyznaczania wartości granicznej przewodności molowej. Korzystając z równań: $\frac{1}{\alpha}$ = 1 + $\frac{\text{αc}}{K_{a}}$; Λ_m=αΛ_m,     ⁰otrzymujemy prawo rozcieńczeń Ostwalda, z którego wynika, że jeśli wykreślimy $\frac{1}{\Lambda_{m}} = f(c\Lambda_{m})$ to punkt przecięcia przy c = 0 będzie równy $\frac{1}{\Lambda_{m}^{0}}$:

$$\frac{1}{\alpha} = \ \frac{1}{\Lambda_{m}^{0}} + \ \frac{\Lambda_{m}c}{K_{a}({\Lambda_{m}^{0})}^{2}}$$