Ćwiczenie 3
Temat: Oznaczanie przewodności właściwej roztworów. Miareczkowanie konduktometryczne.
Elektrolity mocne są w roztworach wodnych całkowicie zdysocjowane niezależnie od stężenia. Badania rentgenograficzne kryształów typowych elektrolitów mocnych dowiodły istnienia w sieciach krystalicznych jonów, a nie atomów bądź cząsteczek. Przewodnictwo właściwe mocnych elektrolitów np. KCl jest w przybliżeniu proporcjonalne do stężenia. Przy wyższych stężeniach wzrastają siły oddziaływań międzyjonowych, powodujące zmniejszenie ruchliwości jonów i obserwujemy wtedy spadek przewodnictwa.
Związki ulegające w roztworach wodnych całkowitej dysocjacji. Przewodnictwo ich rośnie początkowo ze wzrostem stężenia, a później maleje.
Przewodzenie prądu w elektrolitach związane jest z ruchem jonów o ładunkach dodatnich (kationów) i ujemnych (anionów), a więc z przenoszeniem masy.
W elektrolitach słabych o granicznym rozcieńczeniu występuje pełna dysocjacja cząstek substancji na jony, a ich ruchliwość w danej temperaturze jest zależna od stężenia roztworu. W przypadku słabych elektrolitów znając stopień dysocjacji dla różnych stężeń danego roztworu można wyznaczyć stałą dysocjacji K. Przewodnictwo właściwe elektrolitów słabych wzrasta wolniej niż stężenie roztworu. Ruchliwość jonów jest stała, niezależna od stężenia.
Związki, które w roztworze wodnym tylko częściowo dysocjują na jony. Przewodnictwo ich przy rozcieńczaniu gwałtownie rośnie.
CH3COOH, H3PO4, Mg(OH)2, H3PO3
Określa, jaka część elektrolitów przereagowała z rozpuszczalnikiem, czyli jaka część uległa dysocjacji elektrolitycznej. Stopniem dysocjacji elektrolitycznej a nazywamy stosunek liczby cząsteczek zdysocjowanych na jony do ogólnej liczby cząstek elektrolitu, które zostały wprowadzone do elektrolitu.
n – liczba cząsteczek zdysocjowanych
N – liczba cząstek wprowadzonych
G – stężenie cząsteczek zdysocjowanych
G0 – ogólne stężenie cząsteczek
4. Stopień dysocjacji jest miarą mocy elektrolitów, wyznacza się go w procentach,
zależy od:
- Charakteru substancji
- Budowy rozpuszczalnika
- Temperatury roztworu
- Stężenia roztworu
- Obecności w roztworze innych elektrolitów
W wyniku dysocjacji elektrolitycznej następuje rozpad substancji na pary pod wpływem rozpuszczalnika polarnego. Powstałe w wyniku dysocjacji roztwory przewodzą prą elektryczny i nazywają się elektrolitami. W procesie rozpuszczania i dysocjacji elektrolitycznej elektrolit przechodzi do roztworu w postaci jonów.
- Elektronowe/mechaniczne – są to metale i ich stopy w stanie stałym i ciekłym
- Jonowe/elektrolityczne – są to elektrolity tzn. substancje ulegające dysocjacji na jony, a więc na sole, kwasy, zasady
- Mieszane/elektronowo-jonowe – niektóre stałe połączenia metaliczne np. tlenek miedzi, tlenek cynku oraz stężone roztwory metali alkalicznych
W badaniach chemicznych największe znaczenie mają przewodniki jonowe. Przepływom prądu w przewodniku towarzyszą zmiany chemiczne.
Polega na przenoszeniu ładunków elektrycznych tzn. na przemieszczaniu się wolnych elektronów lub jonów albo też ruchu elektronów i jonów jednocześnie.
Przewodnictwo jest to stosunek długości przewodnika do oporu
Przewodnictwo prądu w roztworach elektrolitów zależy od stężenia jonów elektrolitu, jego charakteru chemicznego, rodzaju rozpuszczalnika i temperatury. W czasie przewodzenia prądu jony poruszają się (w polu elektrycznym) ruchem jednostajnym, gdyż niemal natychmiast po przyłożeniu pola elektrycznego ustala się równowaga pomiędzy siłą pola elektrycznego, a siłą tarcia wewnętrznego. Zmiany chemiczne, które zachodzą podczas przepływu prądu ogólnie nazywamy elektrolizą.
Jest przewodnictwem 1cm3 roztworu, jest odwrotnością oporu właściwego, czyli oporu przewodu o długości l=1cm, przekroju S=cm2 (o objętości 1cm3)
R – opór przewodnika
z - opór właściwy
k – stała naczynia l/S
Jednostką przewodnictwa elektrycznego właściwego w układzie SI jest Siemens na metr (om-1cm-1). Jest to wielkość charakterystyczna dla danego przewodnika, przewodnictwo właściwe wzrasta wraz ze wzrostem temperatury (wzrost temp. o 1°C powoduje wzrost przewodnictwa o 2-2,5%, przyczyną tego jest spadek lepkości roztworu).
Jest przewodnictwem roztworu o objętości V cm3 zawartej między elektrodami oddalonymi od siebie o 1m i zawierającej 1kmol elektrolitu. Wymiarem przewodnictwa molowego jest m2·om·kmol
ne=n+z+=n-z-
ne – liczba ładunków elektrycznych
n+;n- - ilość kationów i anionów powstałych w czasie dysocjacji
z+;z- - ładunki powstałych jonów
9. Przewodność równoważnikowa [Lr]
Jest przewodnictwem roztworu o objętości V cm3 zawartej między elektrodami oddalonymi od siebie o 1m i zawierającej 1 gramorównoważnik/val/elektrolitu. Wymiarem przewodnictwa równoważnikowego jest cm2·om·val. Ponieważ przewodnictwo to jest wynikiem ruchu równej liczby ładunków dodatnich i ujemnych, zatem porównanie przewodnictwa równoważnikowego różnych elektrolitów może dostarczyć informacji o stopniu dysocjacji i prędkości poruszania się jonów w polu elektrycznym.
[cm3·cm-1·val-1] K- przewodnictwo właściwe
10. Wyznaczanie stałej naczynka konduktometrycznego
Do pomiarów kondunktancji służy naczynko konduktometryczne. Jest to naczynko z wtopionymi na stałe platynowymi elektrodami pokrytymi czernią platynową. Powierzchnia (1cm2 ) i odległość (1cm) elektrod jest stała. Stała naczynka konduktometrycznego to stosunek długości do przekroju
K=l/S
Gdzie:
K- stała naczynka konduktometrycznego
l- długość
S- przekrój
Bezpośrednie wyznaczenie stałej naczynka konduktometrycznego jest bardzo trudne. Pośrednie wyznaczanie stałej naczynka konduktometrycznego;
- pomiar naczynka wypełnionego KCl
- przewodność właściwa naczynka znana
- obliczanie K z przekształcenia wzoru χ=K*λ
czyli K=χ/λ
Istota pomiarów polega na wyznaczaniu punktów równoważnikowych reagujących elektrolitów na podstawie zmian przewodnictwa podczas miareczkowania. W naczyńku konduktometrycznym umieszcza się roztwór i elektrody platynowe. Następnie należy zmierzyć przewodnictwo właściwe roztworu i dodawać małymi porcjami odczynnik miareczkujący. Po każdej dodanej objętości mierzy się przewodnictwo roztworu na mierniku przewodności. Miareczkowanie konduktometryczne znajduje zastosowanie głównie w analizie ilościowej elektrolitów, zwłaszcza roztworów zabarwionych i mętnych. Punkt równoważnikowy ustala się na podstawie pomiaru.
daniel74141