ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ.
Protokol o provedeném měření Druh měření Měřený předmět Měřil
Měření vodivosti elektrolytu
číslo úlohy
2
Elektrolyt
Jaroslav ŘEZNÍČEK
Protokol odevzdán dne
třída
I
skup 58
dne 30.10.2002
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 Λ0 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.m2.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, cdisoc 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 = Λ0 – konst . c-1/2. U slabých elektrolytů je koncentrace iontů dána stupněm disociace α: α = cdisoc/c, který se ředěním zvětšuje. Proto molární měrná vodivost výrazně vzrůstá s klesající koncentrací a závislost Λ = Λ0 – konst . c-1/2 není splněna. Konstantou charakterizující schopnost daného elektrolytu přenášet elektrický proud je až limitní hodnota molární měrné vodivosti Λ0 při nulové koncentraci: Λ 0= clim0 Λ >
U velmi zředěných roztoků (c ≤ 10-3M) je měření ovlivněno vodivostí samotného rozpouštědla, vody, a proto je nutné od vypočtených hodnot měrné vodivosti roztoků měrnou vodivost vody odečíst: σkorig = σ – σH2O 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 cm3 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:
-
%
Tlak Vzduchu :
-
mm Hg
Tabulka naměřených hodnot: CH3COOH c (M) H2O 0,0001 0,0005 0,001 0,01 0,05 0,1 HCl
c-1/2
0,01 0,0224 0,0316 0,1 0,224 0,316
c (M)
c-1/2
0,0001 0,0005 0,001 0,01 0,05 0,1
0,01 0,0224 0,0316 0,1 0,224 0,316
G (S) 3,9 . 10-6 23,75 . 10-6 42,5 . 10-6 48 . 10-6 135 . 10-6 320 . 10-6 445 . 10-6
σ (S/m) 0,4407 . 10-3 2,6894 . 10-3 4,8025 . 10-3 5,424 . 10-3 15,26. 10-3 36,16 . 10-3 50,285 . 10-3
σkorig (S/m)
G (S)
σ (S/m)
σkorig (S/m)
28,5. 10-6 160,2. 10-6 298. 10-6 2,47. 10-3 12,5. 10-3 23,8. 10-3
3,2205. 10-3 18,1026. 10-3 33,674 . 10-3 0,27911 1,4125 2.6894
2,232. 10-3 4,3505 . 10-3 4,972. 10-3 X X X
2,768. 10-3 17,651 . 10-3 33,322. 10-3 X X X
Λ (S.m2.mol-1)
22,32 8,701 4,972 1,526 0,7232 0,50285 Λ (S.m2.mol-1)
27,685 35,302 33,222 27,911 28,25 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. σKcl = 1,24 S/m. Naměřená hodnota G Kcl = 0,01 S. K = σKcl / 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. σkorig = σ – σH20
σ H 2O = K ⋅ GH 2O = 113 ⋅ 3,9 ⋅ 10 −6 = 0,0004407 S / m Molární měrnou vodivost Λ vypočteme podle vzorce: Λ = σ (S.m-1) / c (mol)
Závislost molární měrné vodivosti CH3COOH a HCl na jeho koncetraci 40 Λ (S.m2.mol-1)
35 30 25 20 15
CH3COOH HCl
10 5 0 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 HCl 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 HCl na jeho koncetraci 40
Λ (S.m2.mol-1)
35 30 25 20 15 10
CH3COOH HCl
5 0 0
0,05
0,1
0,15
0,2 sqrt(c)
Příloha - Jaroslav Řezníček -
0,25
0,3
0,35
