BADANIE ZALE˝NO—CI PRZEWODNICTWA ELEKTRYCZNEGO ELEKTROLITŕW OD TEMPERATURY 1) WIADOMO—CI TEORETYCZNE: Do elektrolit˘w ( przewodnik˘w II klasy ) naleľĄ g˘wnie roz twory soli, kwas˘w i zasad w wodzie lub w innych rozpuszczalnikach o duľej przenikliwoci elektrycznej. Elektrolitami sĄ substancje o wiĄzaniach jonowych; grupy atom˘w o adunkach przeciwnego znaku przyciĄgajĄ si© siĄmi kolumbowskimi. Jeľeli siy oddziaywania mi©dzy jonami zostanĄ znacznie zmniejszone, to doprowadzi to do zerwania wiĄzaä. Oboj©tne elektrycznie czĄsteczki ulegnĄ wtedy dy socjacji, czyli rozpadowi na swobodne jony, zdolne do przewodzenia prĄdu. Przewodzenie prĄdu przez elektrolity - konduktancja jonowa - jest zwiĄzana z transportem masy, bowiem nonikami prĄdu sĄ jony o stosunkowo duľej masie. Jonami dodatnimi sĄ jony wodoru i meta li, a ujemnymi - jony reszt kwasowych i grup - OH. Stopniem dysocjacji elektrolitu nazywamy stosunek liczby czĄsteczek zdysocjowanych do og˘lnej liczby czĄsteczek rozpuszczo nych. Stopieä dysocjacji zaleľy od: - temperatury; - st©ľenia roztworu; - rodzaju roztworu. Z chwilĄ przyoľenia do elektrolitu zewn©trznego pola elek trycznego, tzn. z chwlĄ zanurzenia do roztworu dw˘ch elektrod po Ączonych ze «r˘dem napi©cia, na jony dziaajĄ siy elektryczne: F=q*E Pod ich wpywem istniejĄce w roztworze kationy zmie rzajĄ do elektrody o potencjale niľszym ( katoda ), a aniony do elektrody o potencjale wyľszym ( anody ). W elektrolicie nast©puje uporzĄdkowany ruch adunk˘w elektrycznych, czyli pynie prĄd. Kie runek prĄdu jest kierunkiem ruchu adunk˘w dodatnich - kation˘w. Do prĄdu tego dodaje si© prĄd pynĄcy w przeciwnym kierunku adun k˘w przeciwnego znaku - anion˘w. Zjawisko przepywu prĄdu przez elektrolity wraz z towarzyszĄ cymi mu procesami chemicznymi nazywamy ELEKTROLIZ¤ Podczas elektrolizy na katodzie powstajĄ produkty redukcji ( w wyniku przyĄczania elektron˘w do jon˘w ), a na anodzie produkty utleniania (na skutek utraty elektron˘w przez jony ). Opis ilo ciowy procesu elektrolizy dajĄ prawa FARADAYA: I PRAWO FARADAYA - masa m substancji wydzielonej na kaľdej z elek trod podczas przepywu prĄdu o nat©ľeniu I przez elektrolit jest wprost proporcjonalne doadunku elektrycznego q, kt˘ry w czasie t przepynĄ przez elektrolit. m=K*I*t ;gdzie K - r˘wnowaľnik elektrochemiczny II PRAWO FARADAYA - stosunek mas m1 i m2 r˘ľnych substancji wy dzielonych na elektrodach podczas przepywu jednakowych adunk˘w elektrycznych r˘wna si© stosunkowi ich r˘wnowaľnik˘w chemicznych ( iloraz masy atomowej pierwiastka przez wartociowo† ) R1 i R2: m1/m2 = R1/R2 Z obu praw wynika: R1/K1 = R2/K2 = const. = F gdzie F - jest staĄ FARADAYA ( Ladunek elektryczny potrZebny do wydzielania podczas elektrolizy jednego gramor˘wnaľnika substancji na kaľdej z elektrod ). F w ukadzie Si wynosi: F = 96500 C/mol KONDUKTYWNO—Ź czyli przewodno† waciwa d moľemy bezpored nio obliczy† ze wzoru: d=(1/R)*(l/S) poniewaľ pomi©dzy KonduktywnociĄ a oporem waciwym zachodzi nas t©pujĄca zaleľno†: d=1/g ,gdzie g - op˘r waciwy. Aby ob liczy† d z tego wzoru musimy mie† danĄ rezystencj© i wymiary li niowe przewodnika elektrolitycznego. Konduktywno† jest r˘wnieľ nazywana przewodnociĄ elektrolitu. Konduktancja (przewodno† czynna ) jest odwrptnie proporcjonalna do rezystencji elektrolitu: G=C*(1/R) Staa C jest zaleľna tylko od rozmieszczenia i ksztatu elektrod oraz od wymiar˘w geometrycznych naczynia z elektrolitem (woltametru). JednostkĄ przewodnictwa G jest jeden SIMENS: 1S=1/ę=ę-1 2) UKťAD POMIAROWY: Ukad pomiarowy skada si© z: - wiskozymetru ( lepkociomierza ) M”plera, w kt˘rym lepko† wyz nacza si© przez pomiar czasu opadania kulki w cieczy; - naczyäko elektrolityczne wraz z sondĄ; - termostat - cao† ukĄdu jest termostatowana tak, ľe zar˘wno przewodno† jak i wsp˘czynnik lepkoci mierzone sĄ w tej samej temperaturze; - konduktometru cyfrowego N5711 - przyrzĄd ten mierzy bezpored nio przewodnictwo, przewodno† oraz staĄ K dla uľywanej elektro dy. W naszym przypadku zamiast mostka RLC uľylimy konduktometru. Woltometr z elektrolitem ogrzewalimy z termostatu, gdziezamonto wany by r˘wnieľ termometr. W wiskometrze i w naczyäku elektroli tycznym jest ten sam roztw˘r elektrolitu ( NaCl - 5% w roztworze H2O i gliceryny w stosunku 4:1 ). 3) WYKONANIE DO—WIADCZENIA: Ustawiem termometr na termostacie na temp. okoo 30oC. Po okoo 20 min. temperatura cieczy w wiskometrze osiĄgnea r˘wnowag© termicznĄ. Nast©pnie zanotowaem czas opadnia kulki. Potem usta wiajĄc konduktometr na pomiar temperatury odczytaem temperatur© elektrolitu, a nast©pnie zmierzyem warto† prewodnictwa, przewod noci i staej K. P˘«niej ustawiajĄc termometr na temp.: 35oC, 40oC, 45oC i 50oC zmierzyem pr©dko† opadania kulki oraz pozostae dane z kondukto metru cyfrowego.Na konduktometrze poszczeg˘lne symbole oznaczay odpowiednio: G - przewodnictwo( warto† bya podawana w Simensach ); T - temperatura; K - staa dla uľywanej elektrrody; I - przewodno†. WYNIKI POMIARŕW ZANOTOWAťEM W TABELII: ÉÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍËÍÍÍÍÍÍÍÍÍËÍÍÍÍÍÍÍÍÍËÍÍÍÍÍÍÍÍÍËÍÍÍÍÍÍÍÍÍËÍÍÍÍÍÍÍÍÍ» ştemperatura ş ş ş ş ş ş ş ş29.6 ş34.0 ş40.5 ş44.4 ş48.5 ş ş [oC] ş ş ş ş ş ş ĚÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍą şczas opadaniaş ş ş ş ş ş ş ş132 ş120 ş102 ş 93 ş 85 ş ş kulki [s] ş ş ş ş ş ş ĚÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍą şG [ms] ş ş ş ş ş ş ş ş12.50 ş 13.70 ş 15.73 ş 16.90 ş 18.22 ş şprzewodnictwoş ş ş ş ş ş ĚÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍą şI [s/m] ş ş ş ş ş ş ş ş0.52 ş0.57 ş0.65 ş0.70 ş0.76 ş şprzewodno† ş ş ş ş ş ş ĚÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍą şK -staa[1/m]ş ş ş ş ş ş ş ş42.5 ş42.5 ş42.5 ş42.5 ş42.5 ş şdla elektrodyş ş ş ş ş ş ČÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍĘÍÍÍÍÍÍÍÍÍĘÍÍÍÍÍÍÍÍÍĘÍÍÍÍÍÍÍÍÍĘÍÍÍÍÍÍÍÍÍĘÍÍÍÍÍÍÍÍÍĽ 4) OPRACOWANIE WYNIKŕW DO—WIAD CZALNYCH 1) Obliczyem warto† wsp˘czynnika lepkoci korzystajĄc z zaleľnoci h=K*t; gdzie K jest staĄ wiskozymetru i wynosi K = 0.0172 cP/s ń 0.0001 cP/s; a t jest czasem opadania kulki mi©dzy zewn©trznymi kreskami wisko zymetru. Nast©pnie obliczyem bĄd bezwzgl©dny wsp˘czynnika lep koci dla kaľdego pomiaru. POMIAR I: dla temperatury 29.6oC h=K*t h=0.0172*132 [cP/s*s]=[cP] h=2.2704 [cP] Bť¤D BEZWZGL¨DNY Łh h=K*t dh=(dK*t)+(K*dt) Łh=(ŁK*t)+(K*Łt); gdzie ŁK=0.0001[cP/s] i Łt=1[s] Łh=(0.0001*132)+(0.0172*1)=(0.0132+0.0172)=0.0304 jednostki Łh=[(cP/s*s)+(cP/s*s)]=[cP+cP]=[cP] czyli: Łh=0.0304 [cP] Dla pozostaych pomiar˘w dokonaem takich samych obliczeä. Wyniki zebraem w poniľszej tabelii: ÉÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍËÍÍÍÍÍÍÍÍÍËÍÍÍÍÍÍÍÍÍËÍÍÍÍÍÍÍÍÍËÍÍÍÍÍÍÍÍÍËÍÍÍÍÍÍÍÍÍ» ş ş ş ş ş ş ş ştemperatura ş 29.6 ş 34.0 ş 40.5 ş 44.4 ş 48.5 ş ş [ C] ş ş ş ş ş ş ĚÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍą ş ş ş ş ş ş ş şwarto† h ş 2.2704 ş 2.0640 ş 1.7544 ş 1.5996 ş 1.4620 ş ş [cP] ş ş ş ş ş ş ĚÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍÎÍÍÍÍÍÍÍÍÍą ş ş ş ş ş ş ş şwarto† Łh ş 0.0304 ş 0.0292 ş 0.0274 ş 0.0265 ş 0.0257 ş ş [cP] ş ş ş ş ş ş ČÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍĘÍÍÍÍÍÍÍÍÍĘÍÍÍÍÍÍÍÍÍĘÍÍÍÍÍÍÍÍÍĘÍÍÍÍÍÍÍÍÍĘÍÍÍÍÍÍÍÍÍĽ Na wykresie przedstawiem zaleľno† wsp˘czynnika lepkoci od temperatury: ...
grzeszny_sen