cw 3.doc

Temat: Pomiar przewodności właściwej roztworów. Miareczkowanie konduktometryczne.

Elektrolity mocne.

Elektrolity mocne, całkowicie zdysocjowane na jony: wodorotlenki litowców i berylowców; wyłączając wodorotlenek berylu oraz magnezu, kwasy, np. HCl, HI, HBr, H2SO4, HNO3, HClO4, oraz większość nieorganicznych soli rozpuszczalnych w wodzie (do wyjątków należą np. sole rtęci – Hg(CN)2, Hg2Cl2 – w których wiązanie metalu z anionem" jest w dużym stopniu kowalencyjne) – takie sole tworzą kryształy jonowe.

Elektrolity słabe.

Elektrolity słabe: tylko częściowo zdysocjowane na jony – H2S, H2SO3, HNO2, CH3COOH.

Stopień dysocjacji.

Stopień dysocjacji to stosunek liczby moli cząsteczek danego związku chemicznego, które uległy rozpadowi na jony do łącznej liczby cząsteczek tego związku, znajdującego się w roztworze, fazie gazowej lub stopie, w którym zaszło zjawisko dysocjacji elektrolitycznej.

Stopień dysocjacji zależy od:

·                struktury związku, dla którego ten stopień jest ustalany

·                rodzaju rozpuszczalnika

·                obecności w roztworze innych związków zdolnych do dysocjacji

·                stężenia roztworu (na ogół wzrasta w miarę rozcieńczania roztworu)

·                temperatury (na ogół nieco wzrasta wraz ze wzrostem temperatury)

gdzie: (α) - stopień dysocjacji, x - liczba moli cząsteczek zdysocjowanych na jony, n - liczba moli cząsteczek substancji rozpuszczonej.

Wartość podajemy w procentach (np. 13% cząsteczek uległo dysocjacji) lub w ułamku dziesiętnym np. α = 0,13
Stopień dysocjacji zależy zarówno od temperatury, jak i od stężenia elektrolitu. Wzrost temperatury zwiększa stopień dysocjacji, wzrost stężenia  cofa proces dysocjacji.

Rodzaje przewodników elektryczności

·                   Przewodniki metaliczne (elektronowe) - przenoszenie ładunków elektrycznych odbywa się bez przenoszenia masy (np. w metalach)

·                   Przewodniki elektrolityczne (jonowe) - z przenoszeniem masy

·                   Przewodniki mieszane (półprzewodniki)

Przewodność.

Przewodność elektrolityczna jest, po wielkości pH, najważniejszym parametrem pomiarowym w chemicznej analizie procesowej. Przedstawia ona zdolność przewodnictwa prądu elektrycznego przez roztwór wodny. Przewodność elektrolityczna pozwala na monitorowanie, sterowanie i regulowanie wszystkich procesów, w których znacząca jest obecność soli, kwasów oraz zasad.

Przewodność właściwa.

Przewodność elektryczna właściwa- to miara podatności materiału na przepływ prądu elektrycznego. Konduktywność, przewodność elektryczna przewodnika jednorodnego o oporze właściwym 1 Ω/m; charakteryzuje rodzaj przewodnika; jednostka — simens/metr (S/m). Konduktywność jest zazwyczaj oznaczana jako σ (mała grecka litera sigma).
Odwrotność konduktywności to rezystywność.
Konduktywność materiału wyznaczyć można znając wymiary geometryczne i konduktancję jednorodnego bloku danego materiału:

\sigma=\frac{lG}S,

gdzie: G - konduktancja, S - pole przekroju poprzecznego elementu, l - długość elementu.
W ogólności konduktywność metali spada przy wzroście temperatury, a konduktywność półprzewodników wzrasta wraz z temperaturą.

Przewodność molowa.

Przewodnictwo właściwe roztworu zależy od liczby obecnych w nim jonów, dlatego zazwyczaj wprowadza się przewodnictwo molowe Ʌm zdefiniowane jako:

gdzie c jest molowym stężeniem wprowadzonego elektrolitu. W układzie SI przewodnictwo molowe wyrażamy w S·m2·mol-1. Typowe wartości przewodnictwa molowego wynoszą około 10 mS·m2·mol-1 (gdzie 1mS = 10-3 S).

Dla elektrolitów mocnych ulegających praktycznie całkowitej dysocjacji stężenie jonów w roztworze jest proporcjonalne do stężenia wprowadzonego elektrolitu. Obszerne badania przeprowadzone w XIX wieku przez Kohlrauscha wykazały, że przy niskich stężeniach przewodnictwo molowe mocnych elektrolitów zależy od kwadratowego pierwiastka ze stężenia:

Stała Ʌ°m jest granicznym przewodnictwem molowym, czyli przewodnictwem molowym przy stężeniu zmierzającym do zera (gdy efektywnie jony znajdują się nieskończenie daleko od siebie i nie oddziałują ze sobą). Stwierdzono, że stała K w większym stopniu zależy od stechiometrii elektrolitu (tj. czy jest on typu MA, czy też M2A itp.), niż od jego rodzaju.

Kohlrausch wykazał również, że stałą Ʌ°m można wyrazi jako sumę wkładów pochodzących od poszczególnych jonów. Jeśli graniczne molowe przewodnictwo kationów oznaczymy za pomocą Ʌ+, anionów zaś Ʌ–, wówczas prawo niezależnej migracji jonów przyjmuje postać

Ʌ°m =Ʌ+Ʌ+ + Ʌ–Ʌ–

Gdzie Ʌ+ i Ʌ– oznacza liczbę kationów i anionów we wzorze stechiometrycznym elektrolitu (np. Ʌ+ =ɅɅ– = 1 dla KCl, a Ʌ+ = 1, ɅɅ– = 2 dla BaCl2). Ten prosty wynik, który można zrozumieć przyjmując, że jony poruszają się niezależnie, gdy stężenie zmierza do zera, pozwala na określenie granicznego przewodnictwa molowego dowolnego elektrolitu mocnego na podstawie danych tablicowych.

Przewodność równoważnikowa roztworów.

Przewodnictwo równoważnikowe - jest to przewodnictwo właściwe odniesione do przewodnictwa centymetrowej warstewki roztworu zawierającej jeden gramorównoważnik substancji:

gdzie c oznacza stężenie normalne roztworu.

Wyznaczanie stałej naczynka konduktometrycznego.

Stałą naczyńka konduktometrycznego Θ, którą wyznaczamy mierząc konduktancję elektrolityczną G roztworu wzorcowego o określonym stężeniu i znanej konduktywności elektrolitycznej κ, wówczas Θ = κ / G.

Miareczkowanie konduktometryczne.

Miareczkowanie konduktometryczne - w chemii analitycznej chemiczna technika miareczkowa polegająca na pomiarze zmian przewodnictwa elektrycznego analizowanego roztworu w trakcie stopniowego dodawania do niego odczynnika miareczkującego. Znajduje zastosowanie w przypadku roztworów silnie zabarwionych lub mętnych, a także w reakcjach, w których tworzą się kompleksy.

Miareczkowanie konduktometryczne przeprowadzane jest zwykle w układzie kwas-zasada. O przewodnictwie układu kwas-zasada decydują głównie bardzo ruchliwe jony hydroniowe, a zatem jest ono funkcją pH układu.

Przy miareczkowaniu słabych kwasów, nie zauważa się początkowego spadku przewodnictwa, gdyż od razu powstaje mocny elektrolit. Pomimo tego po osiągnięciu punktu równoważnikowego, stężenie jonów hydroksylowych i ciągłe zwiększanie się sumy stężeń wszystkich jonów, powoduje powstanie wyraźnego załamania w punkcie zobojętnienia na krzywej miareczkowania. Przy miareczkowaniu mieszaniny mocny – słaby kwas, najpierw zostaje zneutralizowany mocny kwas.

Miareczkowanie konduktometryczne - polega na dodawaniu roztworu odczynnika (titrant) z biurety w postaci kropel do roztworu zwanego roztworem analitu, i jednoczesnym pomiarze oporu (przewodnictwo) danego roztworu, po każdorazowym dodaniu titranta.