Numer ćwiczenia: 1	Temat ćwiczenia: Zależność przewodnictwa od stężenia.	Data wykonania ćwiczenia: 8.04.2008
				Data oddania sprawozdania: 15.04.2008
Grupa:	Imię i nazwisko:	Nazwisko sprawdzającego: mgr Leszek Zaraska
Uwagi:		Ocena:

1. Cel ćwiczenia:

Celem przeprowadzonego ćwiczenia było zbadanie zależności przewodnictwa roztworów chlorku potasu KCl oraz kwasu octowego CH₃COOH od ich stężenia.

2. Przebieg ćwiczenia:

1. Do siedmiu buteleczek odpipetowano po 50cm³ wody destylowanej.

2. W pierwszym naczyniu umieszczono 50cm³ 0,1-molowego roztworu KCl
   i dokładnie wymieszano zawartość buteleczki.

3. Pobrano 50cm³ sporządzonego roztworu, umieszczono w drugim naczyniu
   i dokładnie wymieszano. Analogicznie postępowano w przypadku napełniania pozostałych buteleczek (w ostatnim, siódmym naczyniu znajdowało się w sumie 100cm³ roztworu).

4. Czynności od 1) do 3) powtórzono sporządzając serię roztworów CH₃COOH.

5. Zmierzono przewodnictwa 0,01-molowego roztworu KCl, wody destylowanej oraz dwóch serii sporządzonych roztworów, zaczynając pomiary od najbardziej rozcieńczonego.

3. Wyniki ćwiczenia:

Wyniki pomiarów zebrano w poniższej tabeli:

Roztwór	Stężenie [mol/dm^3]	Przewodnictwo [mS]
KCl	0,050000	8,0900
		0,025000	4,1020
		0,012500	2,1350
		0,006250	1,0910
		0,003125	0,5470
		0,001563	0,2810
		0,000781	0,1450
	CH3COOH	0,050000	0,4590
		0,025000	0,2830
		0,012500	0,2290
		0,006250	0,1633
		0,003125	0,1123
		0,001563	0,0716
		0,000781	0,0525

4. Opracowanie wyników:

Korzystając z poniższego wzoru:

(1)

Gdzie k - stała naczyńka;

κ_KCl - przewodnictwo właściwe wzorcowego 0,01M r-ru KCl;

L_KCl - przewodnictwo wzorcowego 0,01M r-ru KCl.

Obliczono stałą naczyńka pomiarowego. Wartość przewodnictwa właściwego dla roztworu wzorcowego odczytano z tablicy umieszczonej w skrypcie, dla temperatury pomiaru równej około 21ºC, czyli 294K (wartość ta nie ulegała zmianie podczas wykonywania ćwiczenia).

Obliczono przewodnictwa sporządzonych roztworów KCl oraz CH₃COOH (L_i), odejmując od wartości wskazanej przez konduktometr (L_i') wartość przewodnictwa wody destylowanej (
= 1,74·10^-6S).

(2)

Następnie korzystając z wzorów (3) oraz (4) wyznaczono wartości przewodnictw właściwych (κ_i) oraz równoważnikowych (Λ_i) sporządzonych roztworów. Wyniki obliczeń zestawiono w poniższej tabeli:

(3)

(4)

Gdzie c_i - stężenie badanego roztworu [val/dm³].

Roztwór	i	ci [val/dm^3]	ci^1/2 [val/dm^3]	Li [S]	κi [S/cm]	Λi [Scm^2/val]
KCl	1a	0,0500	0,22	0,00809	0,00631	126,18
		2a	0,0250	0,16	0,00410	0,00320	127,93
		3a	0,0125	0,11	0,00213	0,00166	133,12
		4a	0,0063	0,08	0,00109	0,00085	135,95
		5a	0,0031	0,06	0,00055	0,00043	136,10
		6a	0,0016	0,04	0,00028	0,00022	139,41
		7a	0,0008	0,03	0,00014	0,00011	143,04
	CH3COOH	1b	0,0500	0,22	0,00046	0,00036	7,13
		2b	0,0250	0,16	0,00028	0,00022	8,78
		3b	0,0125	0,11	0,00023	0,00018	14,18
		4b	0,0063	0,08	0,00016	0,00013	20,16
		5b	0,0031	0,06	0,00011	0,00009	27,60
		6b	0,0016	0,04	0,00007	0,00005	34,88
		7b	0,0008	0,03	0,00005	0,00004	50,68

Na podstawie powyższych danych sporządzono wykresy zależności Λ_i od
dla roztworu KCl oraz CH₃COOH.

Dla silnego elektrolitu (KCl) drogą ekstrapolacji wyznaczono graniczne stężenie równoważnikowe ₀, a z wykresu odczytano wartość współczynnika kierunkowego prostej a.

(5)

Teoretyczną wartość granicznego przewodnictwa równoważnikowego ₀^teor dla roztworu KCl obliczono na podstawie granicznych przewodnictw jonowych ₀, korzystając z poniższych wzorów:

(6)

(7)

Gdzie
; T = 21;

;
;

.

Znając teoretyczną wartość granicznego przewodnictwa równoważnikowego, na podstawie wzoru (7) obliczono wartość a^teor, którą następnie porównano ze współczynnikiem kierunkowym prostej zaznaczonej na wykresie zależności  od
dla roztworu KCl.

(8)

Wyznaczone doświadczalne i teoretyczne wartości granicznych przewodnictw równoważnikowych oraz współczynników kierunkowych prostej różnią się od siebie choć nie w bardzo znaczący sposób.

Drugą wartość granicznego przewodnictwa równoważnikowego chlorku potasu wyznaczono poprzez wykreślenie funkcji Shedlovsky-ego (Załącznik nr 4) danej wzorem (9) i jej ekstrapolację do c = 0.

(9)

Z porównania dwóch teoretycznych wartości ₀ dla KCl można wysnuć wniosek, że graniczne przewodnictwo równoważnikowe obliczone na podstawie równania Shedlovsky'ego dało wynik bardzo zbliżony w wartością wyznaczoną doświadczalnie (różnica między tymi wielkościami pojawiła się dopiero na pierwszym miejscu po przecinku).

Dla mocnego elektrolitu (KCl) obliczono wartości współczynników przewodnictwa (10) dla każdego z badanych roztworów. Otrzymane wyniki porównano z wielkościami uzyskanymi teoretycznie na podstawie tego samego równania, lecz po podstawieniu do niego wartości Λ_i^teor obliczonych na podstawie wzoru (11). Wyniki obliczeń zamieszczono
w poniższej tabeli:.

(10)

(11)

Wartości	Λi [Scm^2/val]	Λ^0 [Scm^2/val]	g
doświadczalne	126,18	142,61	0,88
			127,93		0,90
			133,12		0,93
			135,95		0,95
			136,10		0,95
			139,41		0,98
			143,04		1,00
	teoretyczne		118,47	138,84	0,85
			124,03		0,89
			128,66		0,93
			131,43		0,95
			133,29		0,96
			135,14		0,97
			136,06		0,98

Na podstawie powyższych danych można zauważyć, że wartości współczynnika przewodnictwa g zbliżają się do jedności w miarę spadku stężenie badanego roztworu (zbliżania się do roztworu stanu nieskończenie rozcieńczonego). Wniosek ten jest zgodny z prawem niezależnego ruchu jonów Kohlrauscha mówiącego, że w roztworach idealnych (nieskończenie rozcieńczonych) wartości przewodnictw równoważnikowych są równe ich wartościom granicznym.

Dla kwasu octowego (słabego elektrolitu), korzystając z wzorów (5) oraz (6) obliczono wartość granicznego przewodnictwa równoważnikowego:

T = 21

Obliczono stopień dysocjacji każdego z badanych roztwór kwasu octowego. W tym celu skorzystano z metody kolejnych przybliżeń.

Zapisano wyrażenie na przewodnictwo części dysocjowanej słabego elektrolitu (12):

(12)

W pierwszym przybliżeniu założono, że wartość Λ_i' występująca w powyższym wyrażeniu pod pierwiastkiem jest równa przewodnictwu granicznemu Λ₀^teor, obliczonemu powyżej. W ten sposób obliczono przybliżone wartości Λ_i' sporządzonych roztworów kwasu, które następnie wstawiano pod pierwiastek we wzorze (12) i otrzymywano poprawione wartości Λ_i'. Obliczenia przeprowadzano do momentu, aż Λ_i' osiągnęło wartość stałą - wyniki zebrano w tabeli:

Λi [Scm^2/val]	Λi' [Scm^2/val]	Λi' [Scm^2/val]	Λi'[Scm^2/val]	Λi' [Scm^2/val]	Λi' [Scm^2/val]	Λi' [Scm^2/val]
7,13	360,173552	360,173552	360,173552	360,173552	360,173552	360,173552
8,78	363,8190117	363,8190117	363,8190117	363,8190117	363,8190117	363,8190117
14,18	364,1786962	364,1786962	364,1786962	364,1786962	364,1786962	364,1786962
20,16	364,6681106	364,6681106	364,6681106	364,6681106	364,6681106	364,6681106
27,6	365,1518194	365,1518194	365,1518194	365,1518194	365,1518194	365,1518194
34,88	365,5779289	365,5779289	365,5779289	365,5779289	365,5779289	365,5779289
50,68	365,8420777	365,8420777	365,8420777	365,8420777	365,8420777	365,8420777

Wówczas obliczono stopień dysocjacji oraz stałą dysocjacji CH₃COOH dla każdego
z roztworów na podstawie poniższych wzorów (wyniki obliczeń zamieszczono w tabeli poniżej.):

(13)

(14)

ci [val/dm^3]	Λi [Scm^2/val]	Λi' [Scm^2/val]	i	Ki [val/dm^3]
0,0500	7,13	362,82	0,02	0,0000197
0,0250	8,78	363,80	0,02	0,0000149
0,0125	14,18	364,16	0,04	0,0000197
0,0063	20,16	364,66	0,06	0,0000204
0,0031	27,60	365,15	0,08	0,0000192
0,0016	34,88	365,57	0,10	0,0000161
0,0008	50,68	365,84	0,14	0,0000178
średnia				0,0000183

1. Podsumowanie:

Celem wykonanego ćwiczenia było znalezienie zależności przewodnictwa roztworu od jego stężenia. Otrzymane wyniki potwierdziły fakt, iż dla elektrolitów słabych przewodnictwo maleje silnie przy wraz ze wzrostem stężenia, zaś dla elektrolitów mocnych wpływ stężenia jest znacznie mniejszy.

Otrzymana wartość stałej dysocjacji kwasu octowego różni się nieznacznie od wartości tablicowej, równej 1,754·10^-5 val/dm³. przyczyną różnicy może być niedokładne sporządzenie roztworów obu elektrolitów oraz różnica temperatury w której wykonywano pomiary i temperatury, w dla których dane były stałe niezbędne do wykonania obliczeń. Ponadto przyczyną może być również fakt niewłaściwie skalibrowanego konduktometru
i niedokładność podczas pomiarów przewodnictwa.

6

---