1. Część teoretyczna.

Ćwiczenie polega na zmierzeniu zmian oporności elektrolitu w funkcji stężenia, przeliczeniu uzyskanych danych na wartości przewodnictwa właściwego oraz równoważnikowego, ekstrapolowaniu funkcji
do
i wyznaczeniu w ten sposób granicznego przewodnictwa równoważnikowego
. Pomiar przewodnictwa elektrolitu wykonuje się za pomocą mostka Wheatstone'a, w którym badana oporność jest równoważona w stosunku do oporności wzorcowej.

Oporność elektryczna:

,

gdzie: r - oporność właściwa

- przewodnictwo właściwe

Przewodnictwo właściwe roztworu elektrolitycznego:

,

gdzie: k - stała naczynka konduktometrycznego

Przewodnictwo równoważnikowe:

,

gdzie: V - objętość roztworu w
w której zawarty jest 1 mol równoważników substancji rozpuszczonej,

c - stężenie wyrażone w mol równoważników na 1 dm³

Dla mocnych elektrolitów przy dużych rozcieńczeniach
, a jeszcze bardziej
, jest zbliżona do prostej i może być ekstrapolowana do wartości granicznej

(dla
) zwanym granicznym przewodnictwem równoważnikowym. Dla słabych elektrolitów od obliczenia granicznej przewodności równoważnikowej używa się wzoru
, wykres
dla takich elektrolitów nie jest linią prostą.

Prawo Kohlrauscha - w roztworze nieskończenie rozcieńczonym przewodnictwo elektrolitu np. NaCl jest sumą niezależnych udziałów odpowiadających jonom Na⁺ i Cl^-. Prawo to uniemożliwia określenie udziałów poszczególnych jonów.

2. Część doświadczalna

Aparatura i odczynniki:

• konduktometr,

• Termostat,

• Naczyńko do pomiaru przewodności,

• Kolby miarowe,

• Pipety

• Roztwory wodne: KCl, NaCl, HCl, Ch₃COOH,

Przebieg doświadczenia:

• W celu wyznaczenia stałej oporowej „k” naczyńka pomiarowego przygotowano roztwór KCl o dwóch różnych stężeniach 0,1 M i 0,01 M i mierzono przewodnictwo, wykonując po trzy pomiary dla każdego stężenia.

• Następnie mierzono przewodnictwo następujących elektrolitów: NaCl, HCl, CH₃COOH o przygotowanych wcześniej dla każdego z nich różnych stężeniach: 0,1M, 0,05M, 0,025M, 0,0125M, 0,00625M. Dla każdego stężenia wykonano trzy pomiary kondunktancji.

Tabela wyników pomiarowych nr 1

Stężenie roztworu wzorcowego KCl {M}	Przewodnictwo roztworu wzorcowego
0,1	24800	24800	24900
0,01	2910	2940	2940

Tabela wyników pomiarowych nr 2

Stężenie roztworu NaCl {M}	Przewodnictwo roztworu
0,1	20300	20400	20500
0,01	10940	11010	11080
0,025	5860	5900	5910
0,013	3050	3060	3060
0,0063	1541	1542	1542

Tabela wyników pomiarowych nr 3

Stężenie roztworu HCl {M}	Przewodnictwo roztworu
0,1	74300	75200	75800
0,01	39200	39900	39900
0,025	20700	20700	20700
0,013	10670	10680	10680
0,0063	5460	5470	5490

Tabela wyników pomiarowych nr 4

Stężenie roztworu CH3COOH {M}	Przewodnictwo roztworu
0,1	485	486	486
0,01	342	346	346
0,025	244	245	245
0,013	173,1	173,2	173,3
0,0063	122,4	122,5	122,6
0,0031	86	85,9	85,8
0,0016	60,5	60,7	60,9

3. Opracowanie i dyskusja wyników.

1. Sporządzono wykresy
   dla badanych elektrolitów: NaCl - wykres nr 1, HCl - wykres nr 2, CH₃COOH - wykres nr 3. Wykresy dla mocnych elektrolitów NaCl i HCl dają się aproksymować do linii prostej, natomiast dla elektrolitu słabego jest to nie możliwe. Przewodnictwo roztworu słabego elektrolitu asymptotycznie dąży do przewodnictwa granicznego, odpowiadającego dużemu rozcieńczeniu.

2. Wyznaczono graficznie
   oraz współczynnik kierunkowy prostej
   

Wartości tablicowe
:

Wartości obliczone na podstawie granicznych przewodnictw jonowych:

Porównanie wyników:

Wartości
dla roztworów HCl i NaCl wyznaczone graficznie niewiele różnią się od wartości tablicowych, natomiast te wyznaczone na podstawie granicznych przewodnictw jonowych, przy wykorzystaniu poprawek temperaturowych, znacząco różnią się od pozostałych wyników. Można z tego wnioskować, iż prawdopodobnie pomiar temperatury w miejscu wykonywania doświadczenia mógł zostać źle wykonany.

Wartość współczynnika kierunkowego obliczono z uproszczonego wzoru Debye'a-Hücklea-Onsagera:

a=-88,28

a=-154,93

Współczynniki kierunkowe prostych
dla roztworu NaCl i HCl różnią się od tych obliczonych z równania Debye'a-Hücklea-Onsagera odpowiednio o 2,35 i 37,1 %

3. Wyznaczono
   kwasu octowego korzystając z równania
   i wykresu nr 4 -
   

Λ_o= 303,03 [cm²/(mol⋅Ω)]

Podobnie z wykresu nr 5
korzystając z równania
wyznaczono:

Λ_o= 303,03 [cm²/(mol⋅Ω)]

4. Na podstawie prawa Kohlrauscha dla danej temperatury (22,5 ⁰C) obliczono wartość
   z wykorzystaniem:

- tablicowych wartości odpowiednich przewodnictw jonowych.

[cm²/mol⋅Ω]

[cm²/mol⋅Ω]

[cm²/(mol⋅Ω)]

- tablicowej wartości
(CK3COONa) oraz
NaCl i HCl wyznaczone w ćwiczeniu.

5. Obliczono dla elektrolitu mocnego i słabego stopnie dysocjacji
   .

Stężenie C [M]	Stopień dysocjacji
		NaCl	HCl	Kw. Octowy
0,1000	0,773	0,822	-
0,0500	0,834	0,874	-
0,0250	0,892	0,907	0,0154
0,0125	0,927	0,935	0,0218
0,0063	0,935	0,959	0,0306
0,0031	-	-	0,0432
0,0015	-	-	0,0587

Analizując dane zawarte w tabeli nr 1 (wyznaczanie stopni jonizacji badanych elektrolitów) wzrost stopnia jonizacji dla obydwóch elektrolitów wzrasta wraz wzrostem rozcieńczenia roztworu elektrolitu (gdy
,
), przyczyną tego jest wzrost ruchliwości jonowej. Porównując stopie jonizacji dla NaCl (HCl) i CH₃COOH łatwo zauważyć, że wartości
przy tych samych stężeniach są znacznie większe dla NaCl (HCl) (łatwiej ulega dysocjacji). Analiza stopnia jonizacji potwierdza iż mocnym elektrolitem jest NaCl i HCl, natomiast CH₃COOH stanowi słaby elektrolit.

6. Obliczono stałą równowagi reakcji jonizacji słabego elektrolitu z prawo rozcieńczeń Ostwalda:
   .

Stężenie C [M]	α	K [M]	K średnia [M]
0,0250	0,0154		0,611⋅10^-5
0,0125	0,0218
0,0063	0,0306
0,0031	0,0432
0,0016	0,0587

Obliczona średnia stała równowagi jonizacji dla kw. octowego wynosi Kśr=2,685⋅10^-5 M, natomiast literaturowa wartość wynosi dla temp.25,1⁰C K= 1,754⋅10^-5 M błąd względny 53,07%. Przyczyną otrzymania takiego błędu może być spowodowane:

- błąd popełniony przy rozcieńczeniu roztworu wyjściowego (0,1M) w celu otrzymania określonych stężeń.

- otrzymane przewodnictwo graniczne jest większe od literaturowego,

- błędy w wyznaczeniu przewodnictwa granicznego,

- błędy w odczycie wskazań potencjometru (skoki wartości kondunktancji),
















1