UNIWERSYTET ŚLĄSKI W KATOWICACH

ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ

SPRAWOZDANIE

„ PRZEWODNICTWO RÓWNOWAŻNIKOWE ELEKTROLITÓW ”

Sławomir Maślanka

IV rok chemii

1999 / 2000 r.

  1. Wstęp teoretyczny :

Przewodnictwo jest miarą zdolności roztworu elektrolitu do przenoszenia prądu elektrycznego. Według prawa Ohma, opór R elektrolitu znajdującego się pomiędzy elektrodami o powierzchni A i w odległości L wy-nosi

R = ρ * (L/A) , wyrażone w [Ω] [ 1 ]

gdzie ρ jest opornością właściwą r-ru elektrolitu wyrażoną w [Ω*m].

W elektrochemii roztworów elektrolitów stosuje się następujące pojęcia:

- przewodnictwo właściwe (odwrotność oporności właściwej)

σ = 1/ρ, wyrażone w [Ω-1*m-1] lub [Ω-1*cm-1] [ 2 ]

czyli σ = 1/ρ = 1/R*(L/A)

Λ = σ *Vr-r, wyrażone w [Ω-1*m2*mol-1] lub [Ω-1*cm2*mol-1]

gdzie :

boku 1 cm na której przeciwległych ściankach umieszczone są elektrody.

1 cm o takiej powierzchni A, by mieściła się między nimi objętość roztworu Vr-r w której zawarty

jest 1 gramorównoważnik (val ) elektrolitu.

Stosunek (L/A) naszący nazwę stałej naczyńka i oznaczany jako k wyznacza się mierząc w tym naczyńku opór r-ru wzorcowego, dla którego znana jest w danej temperaturze dokładna wartość σ. Przewodnictwo r-ru badanego na podstawie ( 2 ) oraz k=(L/A) można przedstawić wzorem:

σx =k*1/Rx

Korzystając z przekształcenia wzoru ( 1 ) : (L/A) = R* 1/ρ można stwierdzić, że:

/badany r-r/ σx * Rx = σ * R

/wzorcowy r-r/ σx = (σ * R)/Rx = k * 1/Rx

Wartości :1/R oraz 1/Rx mierzy się bezpośrednio konduktometrem i wyraża w simensach

(1 S = 1 Ω-1).

Przewodnictwo równoważnikowe dzięki przyjętemu odniesieniu do gramorównoważnika można wyrazić stężeniem równoważnikowym cr :

Λ = σ *Vr-r = σ/cr , wyrażone w [Ω-1*m2*mol-1]

-graniczne przewodnictwo równoważnikowe oblicza się ze wzoru:

Λ 0 = l0+ + l0-

gdzie wartości l0i to graniczne przewodnictwa równoważnikowe jonu i (wartości l i ekstrapolowane do nieskonczenie wielkiego rozcieńczenia).

-równanie Debey'a-Huckela-Onsagera podaje zależność przewodnictwa równoważnikowego od stężenia.

Λ = Λ0 -a*0x01 graphic

W postaci uproszczonej :

Λ = Λ0 - (A + B*Λ0)* 0x01 graphic

gdzie stałe A, B są określone przez właściwości rozpuszczalnika i typ elek-trolitu (w tym przypadku elektrolit 1,1-wartościowy).

Dla wody w 25o C A= 60.20 ; B= 0.229

  1. Obliczenia :

Przewodnictwo właściwe 0.1m KCl w 21oC : 1,284*10-3 [S/m]

0.01m KCl w 210C : 0,1407 *10-3 [S/m]

Korzystając z σx =k*1/Rx ⇒ k = σx * Rx , oraz Rx = 1/Λ

Przewodnictwo równoważnikowe wynosi :

0.1m KCl = 1,284*10-3 /0.0115 = 0,111 [m-1]

0.01m KCl = 0,1407 *10-3 /0.0018 = 0,08 [m-1]

Wartość średnia k = 0.096 [m-1]

Zależność Λ = f(c)

Stężenie

elektrolitu

1/Rx

x =KCl

1/Rx

x =NaCl

1/Rx

x= KNO3

1/Rx

x= H2SO4

σx

x =KCl

σx

x =NaCl

σx

x= KNO3

σx

x= H2SO4

0,000005m

1,05E-05

1,20E-05

1,70E-05

4,60E-05

1,01E-06

1,15E-06

1,63E-06

4,42E-06

0,00001m

1,72E-05

1,75E-05

2,00E-05

7,50E-05

1,65E-06

1,68E-06

1,92E-06

7,20E-06

0,000015m

2,50E-05

2,30E-05

2,50E-05

1,10E-04

2,40E-06

2,21E-06

2,40E-06

1,06E-05

0,000025m

4,00E-05

3,80E-05

3,90E-05

1,80E-04

3,84E-06

3,65E-06

3,74E-06

1,73E-05

0,00004m

6,00E-05

5,50E-05

6,00E-05

3,00E-04

5,76E-06

5,28E-06

5,76E-06

2,88E-05

0,00006m

8,50E-05

8,50E-05

9,00E-05

4,00E-04

8,16E-06

8,16E-06

8,64E-06

3,84E-05

0,00008m

1,20E-04

1,30E-04

1,25E-04

5,00E-04

1,15E-05

1,25E-05

1,20E-05

4,80E-05

Jednostka:

[Ω-1] = [S]

[Ω * m]

Stężenie

elektrolitu

Pierwiastek ze [c] elektrolitu

ΛKCl

ΛNaCl

ΛKNO3

ΛH2SO4

0,000005m

0,002236

2,02E-01

2,30E-01

3,26E-01

8,83E-01

0,00001m

0,003162

1,65E-01

1,68E-01

1,92E-01

7,20E-01

0,000015m

0,003873

1,60E-01

1,47E-01

1,60E-01

7,04E-01

0,000025m

0,005000

1,54E-01

1,46E-01

1,50E-01

6,91E-01

0,00004m

0,006325

1,44E-01

1,32E-01

1,44E-01

7,20E-01

0,00006m

0,007746

1,36E-01

1,36E-01

1,44E-01

6,40E-01

0,00008m

0,008944

1,44E-01

1,56E-01

1,50E-01

6,00E-01

Jednostka

[S* m.2*mol-1]

Wyznaczam współczynniki zależności: Λ = a0x01 graphic
+ b ⇔ Λ = Λ0 -a*0x01 graphic

Elekrolit

KCl

NaCl

KNO3

H2SO4

Wyraz wolny ( b ) będący przewodnictwem granicznym

Λ0 [S* m.2*mol-1]

0.1972

0.1989

0.2098

0.8693

Współczynnik kierunkowy ( a )

-7,4047

-7,6945

-8,5539

-30,209

Stężenie elektrolitu

α KCl

α NaCl

α KNO3

α H2SO4

0,000005m

1,00E+00

1,16E+00 ( błąd gruby)

1,00E+00

1,00E+00

0,00001m

8,37E-01

8,45E-01

9,15E-01

8,28E-01

0,000015m

8,11E-01

7,40E-01

7,63E-01

8,10E-01

0,000025m

7,79E-01

7,34E-01

7,14E-01

7,95E-01

0,00004m

7,30E-01

6,64E-01

6,86E-01

8,28E-01

0,00006m

6,90E-01

6,84E-01

6,86E-01

7,36E-01

0,00008m

7,30E-01

7,84E-01

7,15E-01

6,90E-01

Elek-trolit

przewodnictwo graniczne Λ0

[S*m2*val-1]

Wartość tablicowa granicznego przewodnictwa równoważnikowego dla kationu l0+ w 210C

Wartość obliczona granicznego przewodnictwa równoważnikowego dla anionu

Wartość tablicowa granicznego przewodnictwa równoważnikowego dla anionu l0- w 210C

KCl

0.1972

0.073

0.124

0.076

NaCl

0.1989

0.050

0.149

0.076

KNO3

0.2098

0.073

0.136

0.071

H2SO4

0.8693

0.698

0.171

0.158

  1. Wnioski :

Wartości błędów obliczonej wartości granicznego przewodnictwa równoważnikowego dla anionu dla soli są podobne i średnio wynoszą B% = 59% a dla kwasu wynosi B% = 8% . Z wyznaczonej wartości stopnia dysocjacji wynika że dla roztworów o największym rozcieńczeniu dysocjacji uległa cała zawartość soli i kwasu w roztworze . Jak wiadomo duży wpływ na wartość wyznaczanego przewodnictwa równoważnikowe jonów (kationów i anionów) ma temperatura pomiaru której podczas ćwiczenia nie dało się utrzymać w stałej wartości . Również ważnym czynnikiem przy pomiarach i sporządzaniu roztworów o dużym rozcieńczeniu jest dokładności odmierzania roztworów roboczych które należało by odmierzać mikropipetą .