98.03.26

Maciej Cierpucha

Wydział Chemiczny

Laboratorium z chemii fizycznej

ćwiczenie Nr 41

Temat:  „Pomiar przewodnictwa elektrolitów”

Maciej Cierpucha

Wydział Chemiczny

kurs magisterski

Nr grupy dziekańskiej 1

Zagadnienia teoretyczne

Przewodnictwem właściwym roztworu (k) nazywamy przewodnictwo roztworu znajdującego się pomiędzy dwiema równoległymi elektrodami,
o powierzchni jednostkowej, odległymi od siebie o jednostkę długości.

Pomiar przewodnictwa elektrolitycznego przeprowadza się w specjalnym naczyńku z wtopionymi elektrodami platynowymi, pokrytymi czernią platynową, do którego wlewa się badany roztwór.  Naczyńko takie przyłącza się do konduktometru, który jest zautomatyzowanym mostkiem Wheatstone’a.

Przewodnictwo właściwe k, związane ze zmierzonym przewodnictwem roztworu w naczyńku G:

gdzie k - stała naczyńka [l/s]

Ponieważ odległość między elektrodami (l) i powierzchnia (s) są z reguły trudne do określenia, stałą naczyńka wyznaczamy doświadczalnie.  W tym celu napełnia się naczyńko roztworem wzorcowym, najczęściej 0,01 n roztworem chlorku potasowego i wykonuje pomiar przewodnictwa Gw.

Stała naczyńka będzie więc równa:

gdzie kw - przewodnictwo właściwe roztworu wzorcowego

         Gw - przewodnictwo roztworu wzorcowego

Przewodnictwem molowym elektrolitu nazywamy przewodnictwo takiej objętości roztworu, w której zawarty jest 1 mol elektrolitu i która znajduje się pomiędzy równoległymi elektrodami, oddalonymi od siebie o jednostkę długości:

gdzie c - stężenie molowe badanego roztworu

Dla rozcieńczonych roztworów mocnych elektrolitów (są to elektrolity, które w roztworach o skończonych stężeniach są całkowicie zdysocjowane, a
w fazie stałej sieć krystaliczną tworzą jony, a nie obojętne cząsteczki) przewodnictwo l można opisać empiryczną zależnością Kohlrauscha:

,

przewodnictwa pozwalającą na obliczenie granicznego przewodnictwa molowego l0 (czyli molowego nieskończenie rozcieńczonego roztworu elektrolitu, które zależy od temperatury, rodzaju rozpuszczalnika i ruchliwości jonów) metodą ekstrapolacji.

Dla elektrolitów słabych (są to elektrolity, które w roztworze dysocjują na jony tylko częściowo, a wiązanie w niezdysocjowanej cząsteczce nie ma charakteru jonowego) taka ekstrapolacja nie jest możliwa i przewodnictwo graniczne oblicza się jako sumę przewodnictw molowych:

Można natomiast obliczyć stopień dysocjacji elektrolitu:

oraz (korzystając z prawa rozcieńczeń Ostwalda) stałą dysocjacji:

Obliczenia

Na podstawie dokonanych pomiarów można obliczyć stałą naczyńka konduktometrycznego, użytego do ćwiczenia:

kw - przewodnictwo właściwe roztworu wzorcowego = 0,1413 Sm-1 (w 25 °C)

Gw - zmierzone przewodnictwo roztworu wyjściowego = 2,67 mS

Znając wartość stałej naczyńka konduktometrycznego obliczam przewodnictwa właściwe i molowe badanych roztworów np. dla roztworu NaCl, o stężeniu 0,05 mol/dm3:

n   Przewodnictwo właściwe:

n   Przewodnictwo molowe:

W ten sposób policzone wartości przewodnictw właściwych i molowych badanych roztworów zamieszczono w tabeli:

Na podstawie tych wartości można wyznaczyć przewodnictwo graniczne tego elektrolitu, sporządzając wykres zależności l = f(c1/2) i drogą ekstrapolacji znajdując szukaną wartość graniczną.

Odczytana z wykresu wartość granicznego przewodnictwa molowego NaCl w temperaturze 25 °C wynosi:

  0,0129 Sm2mol-1

Wnioski

Otrzymana przeze mnie wartość granicznego przewodnictwa molowego badanego elektrolitu (NaCl) - 0,0129 Sm2mol-1 jest bliska wartości podanej
w tabelach - 0,012645 Sm2mol-1 (wartość teoretyczną otrzymałem poprzez sumowanie granicznych przewodnictw molowych jonów Na+ i Cl-).  O dużej zgodności otrzymanej przeze mnie wartości może również świadczyć fakt, że obliczone przewodnictwo molowe elektrolitu zmieniało się rzeczywiście prawie liniowo wraz z rozcieńczeniem roztworu.  Pewne jednak błędy związane
z wyznaczeniem szukanej wartości granicznego przewodnictwa molowego NaCl mogły być spowodowane brakiem całkowitej pewności w określeniu temperatury pomiarów.  O tym, jak ważnym czynnikiem jest temperatura może świadczyć fakt, że przewodnictwo właściwe 0,01n roztworu KCl, w zakresie
5 °C zmienia się aż dwukrotnie.