Sprawozdanie z laboratorium Chemii fizycznej
^Numer ćwiczenia: 6	^Temat ćwiczenia: Wyznaczanie stałej i stopnia dysocjacji słabych elektrolitów.	^Data wykonania: 27.05.2011	^Ocena:
^Numer grupy: 24T1	^Nazwisko i Imię : Orkisz Marzena Szlachetka Karolina Gumkowski Łukasz
^Numer zespołu: 7

1. Wstęp teoretyczny

I. Roztwory elektrolitów

Elektrolitami nazywamy substancje, które po rozpuszczeniu w wodzie lub innych rozpuszczalnikach polarnych oraz w stanie stopionym przewodzą prąd elektryczny.

Wyróżniamy elektrolity:

• Mocne- związek, którego roztwór wykazuje przewodność molową nieznacznie zależną od stężenia, praktycznie całkowicie zjonizowane

• Słabe- związek, którego roztwór wykazuje w obszarze umiarkowanych stężeń przewodność molową bliską zeru, zwiększającą się silnie przy znacznym rozcieńczeniu roztworu.

II. Przewodnictwo właściwe, molowe, równoważnikowe

Przewodnictwo właściwe jest to przewodnictwo sześciennej kostki roztworu o krawędzi jednostkowej. Przewodność właściwa zależy od ilości obecnych w nim jonów.

Przewodnictwo właściwe roztworu można wyrazić wzorem:

n- stężenie elektronów w 1m³ lub 1 cm³

e- ładunek elementarny [C]

u- ruchliwość [cm³ V^-1 s^-1]

Przewodnictwo równoważnikowe-miara zdolności przenoszenia ładunku elektrycznego przez gramorównoważnik substancji rozpuszczonej.

Przewodnictwo molowe- zdolność przewodzenia prądu przez objętość roztworu zawierającą 1 mol ładunku dowolnego znaku, znajdującą się pomiędzy elektrodami o jednostkowej powierzchni efektywnej.

Graniczne przewodnictwo równoważnikowe jest to wielkość stała w stałej temperaturze, charakterystyczna dla jonu rozpuszczonego w danym rozpuszczalniku. W rozcieńczeniu nieskończenie wielkim dla elektrolitów mocnych jak i słabych można napisać:

Powyższa zależność pokazuje, że graniczne przewodnictwo równoważnikowe elektrolitu można obliczyć przez zsumowanie stałych udziałów jonowych. Zależność ta nosi nazwę prawa Kohlrauscha o niezależnej wędrówce jonów.

III. Zależność od stężenia

W zależności od mocy i stężenia roztworów elektrolitów zmienia się jego przewodnictwo.

Przewodnictwo właściwe:

• W obszarze niskich stężeń przewodnictwo właściwe wzrasta niemalże liniowo, co jest spowodowane proporcjonalnym w przybliżeniu do stężenia elektrolitu wzrostem stężenia jonów.

• W obszarze podwyższonych stężeń krzywe nachylają się w kierunku osi odciętych, a po przekroczeniu maksimum opadają. W przypadku elektrolitów słabych świadczy to głównie o cofaniu się dysocjacji wraz ze wzrostem stężenia, a w przypadku mocnych o zmniejszającej się ruchliwości jonów w wyniku wzrastających oddziaływań międzyjonowych.

Przewodnictwo molowe:

Wzrasta wraz ze wzrostem rozcieńczenia, jednak inaczej dla mocnych a inaczej dla słabych elektrolitów. Dla mocnych wartość przewodnictwa jest stosunkowo duża, nieznacznie jednak wzrasta ono wraz ze wzrostem rozcieńczenia. Dla elektrolitów słabych jest odwrotnie, przewodnictwo dąży asymptotycznie do wartości granicznej odpowiadającej dużemu rozcieńczeniu.

IV. Teoria Arrheniusa i Debye'a- Huckela

Arrhenius traktował mocne i słabe elektrolity w zasadniczo jednakowy sposób, tłumacząc różnice ich zachowania się jedynie różnicą stopnia dysocjacji. Teoria częściowej dysocjacji elektrolitów Arrheniusa jest słuszna tylko dla słabych elektrolitów.

Debye i Huckel w przeciwieństwie do Arrheniusa uwzględniali wpływ rozpuszczalnika na proces dysocjacji.

Założenia teorii:

• Przyjęcie całkowitej dysocjacji mocnych elektrolitów

• Założenie związane z istnieniem wzajemnego oddziaływania elektrostatycznego jonów. Przyjęli oni, że wokół dowolnego jonu znajdującego się w roztworze powstaje przeciwnie naładowana atmosfera jonowa utworzona z jonów o przeciwnym znaku niż jon centralny. Przyłożenie pola elektrycznego powoduje początkowo oddalenie się jonu centralnego od środka przeciwnie naładowanej kuli. Zdeformowana atmosfera jonowa przeciwdziała przyłożonemu polu, co zmniejsza natężenie prądu wytworzonego przez dane pole elektryczne. Ruch atmosfery jonowej jest wynikiem tego, że nie przystosowuje się ona w sposób natychmiastowy do nowych położeń jonu centralnego. Mówi się o czasie relaksacji atmosfery jonowej, który związany jest ze skończoną szybkością powstawania i znikania tej atmosfery pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego.

• Czynnikiem zmniejszającym przewodnictwo przy wyższych stężeniach jest zwiększony opór tarcia.

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie stałej i stopnia dysocjacji słabych elektrolitów:

3.Sposób wykonania ćwiczenia

Wyznaczamy stałą i stopień dysocjacji na podstawie pomiarów przewodnictwa właściwego roztworów: NaCl , HCl , CH3COOH , CH3COONa o stężeniu 0,01 mol/l

Następnie dokonujemy kilkukrotnych rozcienczeń badając zmianę przewodnictwa w zależności od zmniejszenia się stopnia dysocjacji. Pomiarów dokonujemy w wykorzystaniem konduktometru.

WYKONANIE POMIARÓW I OPRACOWNIE WYNIKÓW

Nazwa elektrolitu: kwas octowy
	Stężenie [mol/dm3]	k[cm^-1]	K	Λ=K*1000/c	α	Kc
c0	0,01	0,48	0,000125	26,04	0,0661922	0,0000469
c0/2	0,005	0,48	0,000083	34,58	0,0879004	0,0000423
c0/4	0,0025	0,48	0,000061	50,83	0,1292069	0,0000479
c0/8	0,00125	0,48	0,000044	73,33	0,1864006	0,0000534
c0/16	0,000625	0,48	0,000035	116,66	0,296543	0,0000781
c0/32	0,000313	0,48	0,000023	153,08	0,3891205	0,0000775

Graniczne przewodnictwo dla kwasu octowego wynosi:

Λ₀= 393,4 [S/cm]

Wykres zależności przewodnictwa równoważnikowego CH3COOH od jego stężenia

Λ [S/cm]

Wykres zależności
od Λ dla CH3COOH

Λ [S/cm]

Wykres zależności K od 1/C

Nazwa elektrolitu: octan sodu
	Stężenie [mol/dm^3]	k [cm^-1]	k	Λ=k*1000/c
c0	0,01	0,48	0,000804	80,4
c0/2	0,005	0,48	0,000420	84,0
c0/4	0,0025	0,48	0,000216	86,4
c0/8	0,00125	0,48	0,000101	80,8
c0/16	0,000625	0,48	0,000047	75,2
c0/32	0,000313	0,48	0,000025	79,97

Wykres zależności
od
dla CH3COONa

[mol^-1/ dm^-3]

Nazwa elektrolitu: kwas solny
	Stężenie [mol/dm^3]	k [cm^-1]	k	Λ=k*1000/c
c0	0,01	0,48	0,00202	202
c0/2	0,005	0,48	0,00136	272
c0/4	0,0025	0,48	0,00075	300
c0/8	0,00125	0,48	0,00036	288
c0/16	0,000625	0,48	0,00018	288
c0/32	0,000313	0,48	0,00006	192

Wykres zależności
od
dla HCl

[mol^-1/ dm^-3]

Nazwa elektrolitu: chlorek sodu
	Stężenie [mol/dm^3]	k [cm^-1]	k	Λ=k*1000/c
c0	0,01	0,48	0,000998	99,8
c0/2	0,005	0,48	0,000501	100,2
c0/4	0,0025	0,48	0,000256	102,4
c0/8	0,00125	0,48	0,000136	108,8
c0/16	0,000625	0,48	0,000080	128,0
c0/32	0,000313	0,48	0,000041	131,0

Wykres zależności
od
dla NaCl

[mol^-1/ dm^-3]

Wnioski:

1.W przypadku elektrolitów mocnych nie jesteśmy w stanie dokładnie określić zależności między rozcieńczeniem roztworu a przewodnictwem równoważnikowym. Dla HCl najwyższą wartość przewodnictwa równoważnikowego osiągnęliśmy w przypadku czterokrotnego rozcieńczenia roztworu, z kolei dla roztworu NaCl najwyższa wartość przypada na trzydziestodwukrotne rozcieńczenie.

2. Dla elektrolitów słabych np. CH3COOOH wartość przewodnictwa równoważnikowego maleje wraz ze wzrostem rozcieńczenia roztworu ze względu na zmniejszenie się stopnia dysocjacji podczas rozcieńczania-zgodnie z wyrażeniem:

---