Elektrijuhtivuse määramine (0)

TTÜ
Materjaliteaduse instituut füüsikalise keemia õppetool
Töö nr 15
Töö pealkiri
Elektrijuhtivuse määramine
Üliõpilase nimi ja eesnimi
Õpperühm
Töö teostamise
kuupäev:
06.04.2011
Kontrollitud:
Arvestatud:
Joonis 1 Juhtivusnõud
TÖÖ ÜLESANNE
Töös määratakse elektrolüüdi vesilahuste eri- ja ekvivalentjuhtivus real kontsentratsioonidel, milleks mõõdetakse juhtivusnõus elektroodide vahel paikneva lahusekihi takistust. Mõõtmisel kasutatavate elektroodide konstant määratakse kindla kontsentratsiooniga teadaoleva eritakistusega KCl lahuse abil.
Katsetulemuste töötlus toimub kahes variandis . Nõrga elektrolüüdi korral arvutatakse dissotsiatsiooniastmed ja -konstant. Tugeva elektrolüüdi lahuse puhul leitakse katseandmete alusel ekvivalentjuhtivus lõpmatul lahjendusel (piiriline ekvivalentjuhtivus λ0).
APARATUUR
Vahelduvvoolusild P-38, juhtivusnõu, vesitermostaat, 100-ml mahuga mõõtekolvid, pipetid.
KATSE KÄIK
Töös kasutatakse juhtivusnõusse valatud elektrolüüdilahuse takistuse mõõtmiseks vahelduvvoolusilda P-38.
Juhtivusnõudel on jäigalt kinnitatud plaatinaelektroodid, mille pinna omadustest sõltub mõõtmise täpsus. Täpsete tulemuste saamiseks peavad elektroodid olema kaetud elektrolüütiliselt sadestatud plaatinamustaga. Mõõtmise järel hoitakse elektroode destilleeritud vees. Kui elektroodid on seisnud kuivalt , on raske kõrvaldada nende pinnalt elektrolüüte; sel juhul on parem lahustada plaatinamust kuningvees ning kanda elektroodidele värske sade.
Juhtivusnõu tuleb käsitseda erilise hoolikusega - elektroode ei tohi puudutada, samuti ei tohi
neid katse vältel teineteise suhtes nihutada.
Juhtivusnõu loputatakse paar korda uuritava lahusega ja seejärel pipeteeritakse vastavalt nõu
mahule selline lahuse hulk, et elektroodid oleksid 3 - 5 mm ulatuses kaetud.
Nõu täitmise pipetiga tingib nõue, et kõikide määramiste puhul oleks vedeliku hulk ühesugune. Pärast gaasimullide eraldumist asetatakse juhtivusnõu vesitermostaati, mille temperatuuri hoitakse püsivana 25,0±0,1 °C juures, erijuhtudel ka mõnel teisel juhendaja poolt määratud temperatuuril. Kui lahus juhtivusnõus on saavutanud termostaadi temperatuuri
(mitte varem kui 10 - 15 minuti pärast), ühendatakse elektroodid vahelduvvoolusillaga ja mõõdetakse lahusekihi takistus. Lahusekihi takistuse mõõtmine vahelduvvoolusillaga P-38 toimub järgmiselt:
1) sild ühendatakse vooluvõrku;
2) toitelüliti lülitatakse asendisse ~, seejuures süttib punane lamp;
3) juhtivusnõu ühendatakse klemmidega RX;
4) galvanomeetri lüliti viiakse asendisse "rpyбo˝ ja sild tasakaalustatakse võrdlusõla ning reohordi abil.
Seejärel viiakse lüliti asendisse ˝точно" ja rehordi lüliti abil sild tasakaalustatakse uuesti;
5) mõõdetav takistus Rx=mR, kus m - reohordi skaala näit ja R - võrdlusõla takistus;
6) mõõtmise lõpul viiakse toitelüliti neutraalasendisse, galvanomeetri lüliti asendisse "K3".
Enne katset loputatakse elektroode korduvalt juhtivusmõõtmiseks kasutatava kahekordselt destilleeritud veega ( erijuhtivus alla 5·10-4 S·m-1). Elektroodide puhtust saab kõige paremini kontrollida juhtivusvee takistuse mõõtmisega nõus. Seejärel täidetakse nõu veel kord ning mõõdetakse uuesti takistust. Protsessi korratakse, kuni juhtivus jääb ligikaudu püsivaks, mis näitab, et lisandid on kõrvaldatud.
Kui nõu on puhas, siis määratakse nõu konstant kindla kontsentratsiooniga (tavaliselt kasutatakse 0,02n) KCl lahuse abil, mis on laboratooriumis valmistatud kahekordselt kristallitud ning temperatuuril 600 °C kuumutatud KCl-st ning juhtivusveest. Elektroode loputatakse paar korda KCl lahusega. Nõu täidetakse pipetiga ja mõõdetakse takistus. Katset korratakse uue KCl lahusega.
Edasi mõõdetakse analoogiliselt kõigi uuritavate lahuste takistus. Lahuste kontsentratsiooni määrab praktikumi juhendaja. Lahused valmistatakse 100-ml mõõtekolbidesse laboratooriumis olevast tiitritud lahusest selle kvantitatiivsel ja järkjärgulisel lahjendamisel juhtivusveega.
KATSEANDMED JA ARVUTUSED

Elektroodide konstandi määramine:
mõõdetud takistus 0,02n KCl lahusega 119Ω.
0,02n Kcl erijuhtivus (temperatuuril 25°C) 0,2767 S/m (tabelist võetud).
Nõu konstant:

Uuritav elektrolüüt – metaanhape ( HCOOH ) – 0,4000n
(käsiraamatust)
Jrk nr.
Lahuse normaalne kontsentratsioon
Mõõdetud takistus
Elektri- juhtivus
Ekvivalent-juhtivus
Dissotsiat-siooniaste
Näiline dis. konstant
n
R, Ω
χ, S/m
λ, Sm2/gekv*10-3
α*10-2
K*10-4
1
0,1
206
0, 1598
1,598
3,953
1,627
2
0,05
259
0, 1271
2,543
6,287
2,109
3
0,025
385
0,0855
3,421
8,459
1,954
Keskmine:
1,897
Joonis 2 Arvutused on tehtud MS Excelis; ümardasin tulemused pareminiloetavaks MS Word’is
ARVUTUSKÄIK (tabeli esimese rea alusel)

Lahuse erijuhtivus
S/m

Lahuse ekvivalentjuhtivus

Dissotsiatsiooniaste
(nõrkade elektrolüütide korral f=1)

Näiline dissotsiatsioonikonstant
Näiliste dissotsiatsioonikonstantide keskmine
Käsiraamatus on metaanhappe dissotsiatsiooni konstant K=1,772 · 10-4

• Suhteline viga
  

KOKKUVÕTE
Katseviga tuli päris väike, mis tähendab, et lahjendused olid õigesti tehtud ja antud meetodit saab kasutada aine dissotsiatsioonikonstandi määramiseks.