Laboratoorne töö FK 15, elektrijuhtivuse määramine (5)

TTÜ
Materjaliteaduse instituut
Füüsikalise keemia õppetool
Töö nr. FK15
Töö pealkiri: Elektrijuhtivuse määramine
Üliõpilase nimi ja eesnimi :
Õpperühm:
Töö teostamise
kuupäev:
Kontrollitud:
Arvestatud:

Tööülesanne

Töö eesmärgiks on määrata eletrolüüdi vesilahuste eri- ja ekvivalentjuhtivus erinevatel kontsentratsioonidel. Selleks mõõdetakse juhtivusnõus elektroodide vahel paikneva lahusekihi takistust. Mõõtmisel kasutatavate elektroodide konstant määratakse kindla kontsentratsiooniga teadaoleva eritakistusega KCl lahuse abil.

Katse käik

Katses kasutatakse juhtivusnõusse valatud elektrolüüdilahuse takistuse mõõtmiseks vahelduvvoolusilda P-38.
Enne katset loputatakse elektroode mõned korrad juhtivusmõõtmiseks kasutatava kahekordselt destilleeritud veega.
Juhtivusnõu tuleb eelnevalt loputada paar korda uuritava lahusega ja seejärel pipeteeritakse lahust nõusse nii et elektroodide otsad oleksid kaetud. Kõikide määramiste puhul peaks vedeliku hulk olema ühesugune.
Juhtivusnõu asetatakse veritermostaati ja temperatuur hoitakse 25⁰C juures. Kui lahus juhtivusnõus on saavutanud termostaadi temperatuuri, ühendatakse elektroodid vahelduvvoolusillaga ja mõõdetakse lahusekihi takistus.
Tehakse 3 nõrga elektrolüüdi lahust (0,1927 m ja kaks lahjendust 1:2) ning katset korratakse kõigi kolme elektrolüüdi lahusega.

Teoreetiline põhjendus ja valemid

Lahusekihi takistus, mis asub elektroodide vahel kaugusega l ja pindalaga s, väljendub valemiga: , kus ρ on eritakistus .
Lahuse erijuhtivus κ on eritakistuse pöördväärtus. Tema ühikuks on S∙m-1, juhtivuse ühikuks on Siemens, ja ta väljendub valemiga , kus
ja on juhtivusnõu konstant.
Lahuse ekvivalentjuhtivuseks nimetatakse sellise lahusekihi juhtivust, mis sisaldab 1g-ekvivalendi elektrolüüti ja asub elektroodide vahel, mille vahekaugus on 1 m.
Ekvivalentjuhtivuse ühikuks on S∙m-1∙g-ekv-1 ja ta avaldub valemiga , kus n on normaalne kontsentratsioon (g-ekv-1) ja 1000 on üleminekutegur m3-lt liitritele.
Kui määrata elektroodide vahelist kaugust cm-des, siis väljendub seos λ’ ja κ’ vahel: , kus κ ja λ’ ühikuteks on vastavalt S∙cm-1 ja S∙cm-1∙g-ekv-1.
Lahuse lahjendamisel ekvivalentjuhtivus kasvab ja läheneb lõpmatul lahjendusel oma piirväärtusele λ0. Piiriline ekvivalentjuhtivus λ0 võrdub piiriliste ekvivalentjuhtivuste ehk lühidalt ioonjuhtivuste λ0+ ja λ0- summaga :
Lahuse ekvivalentjuhtivuse suhe piirilisse ekvivalentjuhtivusse võrdub elektrolüüdi dissotsiatsiooniastme α ja elektrijuhtivuse teguri f korrutisega:
Nõrkade elektrolüütide lahuste korral f=1 ja . See võimaldab leida elektrijuhtivuse mõõtmise teel dissotsiatsiooniastet ja selle alusel dissotsiatsioonikonstanti. Binaarse elektrolüüdi korral, mille dissotsiatsioonil tekib üks katioon ja üks anioon , avaldub dissotsiatsioonikonstant Kd võrranditega
ja , kus c on molaarne kontsentratsioon.

Katseandmed , tulemused ja arvutused

Elektroodide konstandi määramine:
Mõõdetud takistus 0,02n KCl lahusega 117Ω
0,02n KCl erijuhtivus (temperatuuril 25⁰C) 0,2767 S/m (võtsin tabelist)
Nõu konstant

Nõrga elektrolüüdi lahus
Elektrolüüt: HCOOH (0,3854n)
Piiriline ekvivalentjuhtivus: λ0+=349,8∙10-4 S∙m2∙g-ekv-1 ja λ0-=54,6 S∙m2∙g-ekv-1 (leidsin käsiraamatust)
S∙m2∙g-ekv-1
Lahuste kontsentratsioonid olid õppejõu poolt antud 0,1927n ja kaks lahjendust 1:2
Jrk nr
Lahuse normaalne kontsentratsioon
n
Mõõdetud takistus
R,Ω
Elektri- juhtivus
κ, S/m
Ekvivalent- juhtivus
λ,
Dissotsiat-siooniaste
Näiline dissotsiat-sioonikonstant
K
1
0,1927
160
0,20234
1,050∙10-3
0,02596
1,333∙10-4
2
0,0964
185
0,17499
1,815∙10-3
0,04488
2,149∙10-4
3
0,0482
285
0,11359
2,357∙10-3
0,05828
1,738∙10-4
Lahuse elektrijuhtivuse saan arvutada valemist
Seega
Ekvivalentjuhtivuse valem on
Dissotsiatsiooniaste arvutatakse vastavalt valemile . Kuna HCOOH on nõrk elektrolüüt, siis f=1, ning
Näilise dissotsiatsioonikonstandi valem on
Seega
Näiliste dissotsiatsioonikonstantide keskmine:
Käsiraamatu järgi on HCOOH näiline dissotsiatsioonikonstant KHCOOH=1,772∙10-4

Järeldus ja katse viga

Katse tulemusel saadud näiline dissotsiatsioonikonstant erineb käsiraamatust saadud dissotsiatsioonikonstandist vähesel määral. Katse viga on väike: 1,806%. Katse sooritamisega võib rahule jääda.