Grupa	Zespół	Ćwiczenie	Data	Ocena
22	4	6	24.03.2010
Imię i nazwisko		Temat ćwiczenia
Rafał Simko Janusz Rogulski Łukasz Maziarski		Wyznaczanie zależności przewodnictwa słabych i mocnych elektrolitów od stężenia.

1. Wstęp teoretyczny

Przewodnictwem nazywamy zdolność do przewodzenia prądu elektrycznego, a ciała, które tę zdolność posiadają, nazywamy przewodnikami. Rozróżniamy 2 typy przewodników: I rodzaju (przewodzą prąd elektronowo) i II rodzaju (przewodzą prąd za pośrednictwem jonów). Przewodnictwo II rodzaju nazywamy przewodnictwem elektrolitycznym. Uporządkowany ruch jonów, zwany migracją jonów, pozwala na przenoszenie ładunku poprzez elektrolit.
Szybkość poruszania się jonów w polu elektrycznym zależy od:

• rodzaju i stężenia jonów

• lepkości ośrodka i temperatury

• spadku napięcia

Szybkość poruszania się jonów nazywana jest ruchliwością jonów. Wyróżniamy ruchliwość względną i bezwzględną. Bezwzględna szybkość wędrówki jonu (ruchliwość) jest to szybkość w cm/s jakiej nabiera jon w polu elektrycznym o spadku potencjału 1 V/cm. W rozcieńczeniu nieskończenie wielkim ruchliwość osiąga wartość maksymalną dla danej temperatury i rozpuszczalnika i nazywana jest ruchliwością graniczną. Ruchliwość względna (liczba przenoszenia jonów) wskazuje jaka część ogólnego ładunku, który przepłynął przez obwód podczas elektrolizy została przeniesiona przez kationy, a jaka przez aniony. Oblicza się ją z wzoru:

,

gdzie u⁺_, u^- - bezwzględne szybkości wędrówki kationu i anionu, n_K, n_A - liczby przenoszenia kationu i anionu. Należy pamiętać, że n_K + n_A = 1.

Przewodzenie prądu przez przewodniki I i II rodzaju podlega prawu Ohma, zatem:

,

gdzie i - natężenie prądu, V - różnica potencjałów między końcami przewodnika, R - opór przewodnika.
Odwrotność oporu nazywamy przewodnictwem. Opór zależy od długości l i przekroju s przewodnika:

Współczynnik ρ nazywa się oporem właściwym. Z kolei odwrotność oporu właściwego nazywa się przewodnictwem właściwym i oznacza:

Gdy w objętości V cm³ rozpuszczalnika rozpuszczony jest 1 gramorównoważnik chemiczny substancji, wówczas zmierzone przewodnictwo elektrolityczne nazywamy przewodnictwem równoważnikowym λ. Zależność pomiędzy przewodnictwem właściwym, a równoważnikowym wyraża równanie:

,

gdzie c - stężenie w gramorównoważnikach na dm³.

W roztworach mocnych elektrolitów, które są całkowicie zdysocjowane na jony, przewodnictwo równoważnikowe wzrasta ze zmniejszaniem stężenia c aż do wartości granicznej
osiąganej przy rozcieńczeniu nieskończenie wielkim. Dla elektrolitów słabych, których stopień dysocjacji wzrasta wraz z rozcieńczeniem roztworu, przewodnictwo graniczne odpowiada momentowi, w którym wszystkie cząsteczki znajdujące się w roztworze są zdysocjowane. Natomiast przewodnictwo równoważnikowe λ odpowiada tylko częściowej dysocjacji elektrolitu. Przyjmując przewodnictwo równoważnikowe za wielkość proporcjonalną do stopnia dysocjacji, mamy:

λ=kα

gdy α=1, otrzymujemy:

= k

Z tego wynika że:

Równanie to pozwala obliczyć stopień dysocjacji elektrolitu w danym rozcieńczeniu, jeżeli znana jest wartość jego przewodnictwa równoważnikowego w tym rozcieńczeniu i w rozcieńczeniu granicznym.
Na podstawie prawa niezależnej wędrówki jonów Kohlrauscha otrzymamy:

=
+

Dzięki otrzymanym zależnościom możemy obliczać stałą oraz stopień dysocjacji danego elektrolitu na podstawie pomiarów przewodnictwa.

2. Cel ćwiczenia

Wyznaczenie zależności przewodnictwa molowego od pierwiastka stężenia dla słabych i mocnych elektrolitów, oraz wyznaczenie stałej i stopnia dysocjacji dla słabych elektrolitów oraz sprawdzenie zakresu stosowalności równania empirycznego Kohlrauscha.

3. Wykonanie ćwiczenia

Przygotowujemy roztwory 0,1-molowe (C₀) kwasu octowego, octanu sodowego, chlorku sodu oraz kwasu solnego. Roztwory te rozcieńczamy otrzymując stężenia C₀/2, C₀/4, C₀/8, C₀/16, C₀/32. Każdy z otrzymanych roztworów badamy pod kątem przewodnictwa, za pomocą miernika.

4. Opracowanie wyników

Stała naczynka k = 0,48

Przewodnictwo właściwe rozpuszczalnika (woda) = 6,73μS

W tabeli zostały przedstawione wartości przewodnictwa właściwego dla badanych roztworów elektrolitów o różnych stężeniach bez odejmowania przewodnictwa właściwego rozpuszczalnika.

	Stężenie [mol/dm^3]	Przewodnictwo właściwe [mS]
				NaCl	HCl	CH3COOH	CH3COONa
c0	0,01	1,090	2,640	0,146	0,592
c0/2	0,005	0,570	1,360	0,109	0,291
c0/4	0,0025	0,270	0,700	0,075	0,135
c0/8	0,00125	0,130	0,360	0,052	0,070
c0/16	0,000625	0,068	0,187	0,036	0,037
c0/32	0,0003125	0,034	0,099	0,022	0,020

Wartości zmierzonego przewodnictwa właściwego badanych roztworów o różnych stężeniach po odjęciu przewodnictwa właściwego rozpuszczalnika.

	Stężenie [mol/dm^3]	Przewodnictwo właściwe [mS]
				NaCl	HCl	CH3COOH	CH3COONa
c0	0,01	1,08999	2,63999	0,14599	0,59199
c0/2	0,005	0,56999	1,35999	0,10899	0,29099
c0/4	0,0025	0,26999	0,66999	0,07499	0,13499
c0/8	0,00125	0,12999	0,35999	0,05199	0,06999
c0/16	0,000625	0,06799	0,17999	0,03599	0,03699
c0/32	0,0003125	0,03399	0,08899	0,02199	0,01999

Wartość przewodnictwa właściwego rozpuszczalnika jest tak mała, że do dalszych obliczeń wykorzystamy wartości bez odejmowania przewodnictwa właściwego rozpuszczalnika, gdyż nie ma to właściwie wpływu na wynik końcowy.

Wyliczenie danych potrzebnych do narysowania wykresu zależności przewodnictwa molowego od

	Stężenie [mol/dm^3]	NaCl
					κ	Λ = κ/c
c0	0,01	0,1000	1,090	109
c0/2	0,005	0,0707	0,570	114
c0/4	0,0025	0,0500	0,270	108
c0/8	0,00125	0,0354	0,130	104
c0/16	0,000625	0,0250	0,068	108,8
c0/32	0,0003125	0,0177	0,034	108,8

	Stężenie [mol/dm^3]	HCl
					κ	Λ = κ/c
c0	0,01	0,1000	2,640	264
c0/2	0,005	0,0707	1,360	272
c0/4	0,0025	0,0500	0,700	280
c0/8	0,00125	0,0354	0,360	288
c0/16	0,000625	0,0250	0,187	299
c0/32	0,0003125	0,0177	0,099	317

	Stężenie [mol/dm^3]	CH3COOH
					κ	Λ = κ/c
c0	0,01	0,1000	0,146	14,6
c0/2	0,005	0,0707	0,109	21,8
c0/4	0,0025	0,0500	0,075	30
c0/8	0,00125	0,0354	0,052	41,6
c0/16	0,000625	0,0250	0,036	57,6
c0/32	0,0003125	0,0177	0,022	70,4

	Stężenie [mol/dm^3]	CH3COONa
					κ	Λ = κ/c
c0	0,01	0,1000	0,592	59,2
c0/2	0,005	0,0707	0,291	58,2
c0/4	0,0025	0,0500	0,135	54
c0/8	0,00125	0,0354	0,070	56
c0/16	0,000625	0,0250	0,037	59,2
c0/32	0,0003125	0,0177	0,020	64

Obliczenie granicznego przewodnictwa molowego dla kwasu octowego.

Wartości granicznych przewodnictw molowych odczytane z wykresów:

= 378

Obliczenie stopnia i stałej dysocjacji dla kwasu octowego:

	Stężenie [mol/dm^3]	CH3COOH
					κ	Λ	α	K
C0	0,01	0,1000	0,146	14,6	0,0386	1,55178E-5
C0/2	0,005	0,0707	0,109	21,8	0,0577	1,76481E-5
C0/4	0,0025	0,0500	0,075	30,0	0,0794	1,71045E-5
C0/8	0,00125	0,0354	0,052	41,6	0,1101	1,70117E-5
C0/16	0,000625	0,0250	0,036	57,6	0,1524	1,71215E-5
C0/32	0,0003125	0,0177	0,022	70,4	0,1862	1,33204E-5

Średnia dla K_CH3COOH =

Wartości tablicowe dla

K_CH3COOH =

5. Wnioski

Otrzymane wyniki pomiarów oraz ich zestawienie na wykresie potwierdza fakt, iż przewodnictwo równoważnikowe rośnie wraz z rozcieńczeniem roztworu. Różnice pomiędzy wartościami tablicowymi, a doświadczalnymi mogą wynikać z warunków w jakich dokonywano pomiarów (naczynia mogły być zanieczyszczone, konduktometr niedokładnie opłukany itp.). Ćwiczenie pozwoliło na bezpośrednią obserwację zmiany przewodnictwa w zależności od stężenia elektrolitu.

---