Sobiesław Torliński 6.04.2002

Ćwiczenie 7

WPŁYW SIŁY JONOWEJ ROZTWORU NA STAŁĄ DYSOCJACJI

SŁABEGO KWASU WYZNACZONĄ Z POMIARÓW SEM OGNIW

1. Wstęp teoretyczny:

Pomiary średnich współczynników aktywności elektrolitów wykazały, że ich wartości zależą nie tylko od stężenia danego elektrolitu, ale, co ważniejsze, od stężenia wszystkich pozostałych jonów w roztworze. Dla uwzględnienia tego faktu, Lewis i Randall (1916), wprowadzili pojęcie tzw. siły jonowej roztworu I, zdefiniowanej za pomocą równania:

w którym: c_i oraz z_i oznaczają stężenie oraz wartościowość i - tego jonu (i). Tak określona siła jonowa roztworu elektrolitu uzyskała później (1923) teoretyczne uzasadnienie w teorii mocnych elektrolitów Debye'a - Hückela i okazała się rzeczywistą miarą oddziaływania jonów danego elektrolitu z pozostałymi jonami roztworu. Celowość posługiwania się siłą jonową roztworu unaoczniła się jeszcze bardziej po stwierdzeniu (teoria mocnych elektrolitów Debye'a - Hückela), że w roztworach rozcieńczonych, współczynniki aktywności danego elektrolitu są takie same we wszystkich roztworach o tej samej sile jonowej.

Należy ponadto zwrócić uwagę na fakt, że współczynniki aktywności poszczególnych jonów są, jak dotąd, wielkościami obliczeniowymi. Z pomiarów współczynników aktywności otrzymuje się średnią aktywność danego elektrolitu.

Teoretycznego obliczenia współczynników aktywności dokonali w roku 1923 Debye i Hückel. Obliczenia swoje oparli na tzw. modelu chmury elektronowej, który znalazł szerokie zastosowanie w późniejszych teoriach roztworów elektrolitów i ich właściwości.

W modelu chmury jonowej zakłada się, że dowolny jon roztworu elektrolitu, zwany jonem centralnym, otacza się chmurą jonów, której wypadkowy ładunek jest równy co do wielkości ładunkowi jonu centralnego ale ma przeciwny znak. Temu porządkującemu działaniu pola elektrycznego, pochodzącego od jonu centralnego, przeciwdziała ruch cieplny dążący do równomiernego, bezładnego rozmieszczenia jonów. Debye i Hückel, w oparciu o model chmury jonowej i przy uwzględnieniu jedynie oddziaływań elektrostatycznych pomiędzy jonami (a więc zaniedbując oddziaływanie pomiędzy jonami a cząsteczkami rozpuszczalnika), dowiedli, że średni współczynnik aktywności
elektrolitu, dysocjującego na jony o wartościowościach z₊ i z_-, wyraża się za pomocą równania:

Równanie to zwane granicznym prawem Debye'a - Hückela, umożliwia obliczenie średnich współczynników aktywności elektrolitów w roztworach o stężeniach nie wyższych od 0,01 M.

Na wartość potencjału dyfuzyjnego na granicy zetknięcia dwóch roztworów elektrolitów, wywierają wpływ dwa czynniki: stosunek aktywności elektrolitu po obydwu stronach membrany oraz różnica w liczbach przenoszenia anionu i kationu.

Korzystając z tego, że liczby przenoszenia elektrolitu można wyrazić za pomocą ruchliwości:

otrzymujemy uproszczoną postać tzw. równania Hendersona na potencjał dyfuzyjny na granicy zetknięcia się dwóch roztworów tego samego elektrolitu o różnych stężeniach:

2. Literatura:

„Chemia fizyczna” - L. Sobczyk, A. Kisza, PWN W - wa, 1977

„Chemia fizyczna” - K. Pigoń, Z. Ruziewicz, PWN W - wa, 1980

3. Wykaz substancji chemicznych stosowanych w zadaniu:

1. chinhydron

2. roztwór kwasu octowego

3. roztwór kwasu chlorooctowego

4. roztwór kwasu mrówkowego

5. roztwór wodorotlenku sodowego

Oświadczenie:

Oświadczam, że zapoznałem się z kartami charakterystyk wyżej wymienionych substancji

i znane mi są właściwości tych substancji, sposoby bezpiecznego postępowania z nimi oraz zasady udzielania pierwszej pomocy w nagłych wypadkach.

---