ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ. Protokol o provedeném měření Druh měření Měření vodivosti elektrolytu číslo úlohy 2 Měřený předmět Elektrolyt Měřil Jaroslav ŘEZNÍČEK třída I skup 58 dne 30.10.2002 Protokol odevzdán dne 6. října 2002 Zapojení Sestavení přístrojů (skica) Použité přístroje č. inv. název rozsah Konduktometr Ponorná měrná elektroda Daný úkol: 1. Stanovte měrnou vodivost σ destilované vody. 2. Změřte závislost molární měrné vodivosti Λ slabého a silného elektrolytu na jeho koncentraci c v rozmezí 0,1M až 0,0001M a obě závislosti porovnejte. 3. Získané údaje zpracujte ve formě grafu. 4. Pro vzorek Λ 0 ze závislosti Λ = Λ(c -1/2 ) lineární extrapolací na nulovou hodnotu koncentrace (c -> 0).
Stručná teorie měření: U vodičů první třídy je měrná vodivost (konduktivita) konstantou charakterizující schopnost daného materiálu při určité teplotě a elektrickém napětí vést elektrický proud. U roztoků elektrolytů je závislá na koncentraci. Zavádí se proto veličina nazvaná molární měrná vodivost Λ (S.m 2.mol -1 ) vztahem Λ = σ/c, kde σ (S.m -1 ) je měrná vodivost a c (mol.m -3 ) je koncentrace. Při zřeďování roztoků se molární měrná vodivost mění, protože dochází ke změnám v disociaci a v interakci mezi ionty a molekulami rozpouštědla. U silných elektrolytů, které jsou zcela disociovány (tzn., že koncentrace disociovaných molekul, c disoc je stejná jako analytická koncentrace c původních nedisociovaných molekul), molární měrná vodivost klesá s rostoucí koncentrací a závislost Λ = Λ(c -1/2 ) je téměř lineární. Pro dostatečně zředěné roztoky ji lze vyjádřit empirickým vztahem: Λ = Λ 0 konst. c -1/2. U slabých elektrolytů je koncentrace iontů dána stupněm disociace α: α = c disoc /c, který se ředěním zvětšuje. Proto molární měrná vodivost výrazně vzrůstá s klesající koncentrací a závislost Λ = Λ 0 konst. c -1/2 není splněna. Konstantou charakterizující schopnost daného elektrolytu přenášet elektrický proud je až limitní hodnota molární měrné vodivosti Λ 0 při nulové koncentraci: Λ = lim Λ 0 c > 0 U velmi zředěných roztoků (c 10-3 M) je měření ovlivněno vodivostí samotného rozpouštědla, vody, a proto je nutné od vypočtených hodnot měrné vodivosti roztoků měrnou vodivost vody odečíst: σ korig = σ σ H2O Měrná vodivost elektrolytů výrazně závisí na teplotě. Postup při měření: Pozn: Při měření v prostorách laboratoří je nutné dodržovat laboratorní řád. Při měření této úlohy jsme postupovali následovně: Prvním krokem našeho měření bylo seznámit se s úlohou a naším pracovištěm. Poté co nám vyučující dal pokyn k měření jsme započali měřit. Do šesti odměrných baněk jsme o objemu 100 cm 3 jsme si připravili pipetováním předepsané roztoky o požadované koncentraci, tak aby meniskus hladiny roztoku dosahoval k rysce na jejím hrdle. Dalším naším krokem bylo měření samotné vodivosti G(S) pomocí Konduktometru. Následně jsme pomocí známých vzorců převedli vodivost na konduktivitu. Ze zjištěných hodnot jsme stanovili molární měrnou vodivost Λ a sestrojili grafy.
Zpracování měření: Teplota místnosti: - C Vlhkost vzduchu: - % Tabulka naměřených hodnot: Tlak Vzduchu : - mm Hg CH 3 COOH c (M) c -1/2 G (S) σ (S/m) σ korig (S/m) Λ (S.m 2.mol -1 ) H 2 O 3,9. 10-6 0,4407. 10-3 0,0001 0,01 23,75. 10-6 2,6894. 10-3 2,232. 10-3 22,32 0,0005 0,0224 42,5. 10-6 4,8025. 10-3 4,3505. 10-3 8,701 0,001 0,0316 48. 10-6 5,424. 10-3 4,972. 10-3 4,972 0,01 0,1 135. 10-6 15,26. 10-3 X 1,526 0,05 0,224 320. 10-6 36,16. 10-3 X 0,7232 0,1 0,316 445. 10-6 50,285. 10-3 X 0,50285 c (M) c -1/2 G (S) σ (S/m) σ korig (S/m) Λ (S.m 2.mol -1 ) 0,0001 0,01 28,5. 10-6 3,2205. 10-3 2,768. 10-3 27,685 0,0005 0,0224 160,2. 10-6 18,1026. 10-3 17,651. 10-3 35,302 0,001 0,0316 298. 10-6 33,674. 10-3 33,322. 10-3 33,222 0,01 0,1 2,47. 10-3 0,27911 X 27,911 0,05 0,224 12,5. 10-3 1,4125 X 28,25 0,1 0,316 23,8. 10-3 2.6894 X 26,9 Přepočet naměřených hodnot vodivosti G(S) na konduktivitu σ(s/m) provede pomocí roztoku 0,1M KCl o známé konduktivitě. Tuto hodnotu jsme získali z tabulek interpolací dvou hodnot. σ Kcl = 1,24 S/m. Naměřená hodnota G Kcl = 0,01 S. K = σ Kcl / G Kcl = 1,24/0,011 = 112,7272 U velmi zředěných roztoků c<0,01 M je nutné provést korekci z důvodů ovlivnění vodivosti samotného rozpostědla. σ korig = σ σ H20 6 σ H 2 O = K GH 2O = 113 3,9 10 = 0,0004407S / m Molární měrnou vodivost Λ vypočteme podle vzorce: Λ = σ (S.m -1 ) / c (mol)
Závislost molární měrné vodivosti CH3COOH a na jeho koncetraci Λ (S.m2.mol-1) 40 35 30 25 20 15 10 5 0 CH3COOH 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 sqrt(c) Závěr: Měření probíhalo bez sebemenších problémů, všechny naměřené hodnoty odpovídají předpokládaným výsledkům. Pouze první hodnota vyobrazená na grafu pro se vyjímá předpokládaným hodnotám. Z grafů bychom mohli usoudit, že se vzrůstající hodnotou koncentrace se závislost elektriké vodivosti stává téměř lineární.všechny naměřené a vypočtené hodnoty jsou uvedeny v tabulkách (viz výše)
GRAFY Závislost molární měrné vodivosti CH3COOH a na jeho koncetraci Λ (S.m2.mol-1) 40 35 30 25 20 15 10 5 0 CH3COOH 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 sqrt(c) Příloha - Jaroslav Řezníček -