Determinarea constantei de disociere (Kd) si a gradului de disociere () din masuratori de conductivitati

Principiul lucrarii

Electrolitii sunt substante care prin dizolvare intr-un solvent polar se desfac in

particule cu sarcini electrice pozitive sau negative, numite ioni. Trecerea electrolitilor sub

forma de ioni se numeste disociere electrolitica.

Procesul de disociere electrolitica este un proces de echilibru, care se realizeaza

intre ioni si molecule nedisociate ale electrolitului. Constanta de echilibru a electrolitului,

in disocierea electrolitica se numeste constanta de disociere si se noteaza Kd. Electrolitii

pot fii: acizi, baze sau saruri.

Procesul de disociere in cazul electrolitilor tari este:

Disocierea unui acid tare: Disocierea unei baze tari: Disocierea unei sări

H2SO4 → 2H+ + SO4 2- Cu(OH)2 → Cu2+ + 2HO- NiSO4→ Ni2+ + SO42-

unde “C” este concentratia electrolitilorProcesul de disociere in cazul electrolitilor slabi este:

CH3COOH → H+ + CH3COO-

Gradul de disociere al unui electrolit este notat cu si reprezinta raportul dintre

numarul de molecule disociate si numarul total de molecule. Constanta de disociere si

gradul de disociere constituie criteriul de clasificare a electrolitilor.

Electrolitii tari au Kd > 1 si = 1, ceea ce inseamna ca ei sunt complet disociati in

solutii de concentratii cuprinse intre 0,1M si 0,001M. Electrolitii slabi au Kd < 10-2 chiar

in solutii de concentratii mai mici de 0,01M, iar < 0,5.

Datorita faptului ca solutiile de electroliti contin ioni pozitivi (cationi) si ioni

negativi (anioni) ele conduc curentul electric. Aceste solutii de electrolit sunt conductori

ionici (de ordin II) si la fel ca in cazul conductorilor de ordin I li se poate aplica legea lui

Ohm.

(1) E = R I, unde : E este tensiunea exprimata in volti (V) ; R este rezistenta

exprimata in Ohm () ; I este intensitatea curentului exprimata in amperi (A).

Rezistenta conductorului este data de relatia :

(2) R = , unde : este rezistivitatea ; l este lungimea conductorului sau

distanta dintre electrozi in cm ; S este sectiunea conductorului.

Din relatia (2) se obtine :

(3) = R

Marimea inversa rezistentei (R) se numeste conductanta (G) si se exprima in -1

sau Siemens (S).

Marimea inversa rezistivitatii () se numeste conductivitate () si se exprima in

-1cm-1 sau Scm-1.

(4) = 1/

Pentru solutiile de electrolit, conductivitatea electrica () reprezinta conductanta (G) unei

coloane de solutie de 1cm inaltime si o sectiune de 1cm2, cu alte cuvinte conductivitatea

electrica a unei solutii de electrolit reprezinta conductanta 1cm3 de solutie ce se gaseste

intre electrozii inerti avand aceeasi suprafata de 1cm2 si aflati la distanta de 1cm.

Pentru a putea compara din punct de vedere al conductivitatii electrice solutii de

electroliti diferiti se defineste conductivitatea echivalenta (), care reprezinta

conductivitatea raportata la un echivalent gram de electrolit dizolvat intr-un volum V

(cm3) de solutie.

Pentru a masura conductivitatile electrice ale solutiilor de electrolit se folosesc

aparate numite conductometre. Conductometrul este legat de o celula de conductivitate,

formata dintr-un vas de sticla, in interiorul caruia sunt montati in pozitie fixa doi electrozi

din metal inert (Pt), avand suprafete egale.

Celulele de conductivitate sunt caracterizate de o marime numita constanta celulei (K).

(5) K = l / S, unde l reprezinta distanta dintre electrozi, si suprafata lor (S).

(6) = V, unde V = 1 / C si reprezinta dilutia

(7) = /C

V este volumul exprimat in cm3 de solutie ce contine un echivalent chimic din

electrolitul considerat, iar C este concentratia normala a lui.

(8) V = 1000 / C, iar

(9) = 1000 / C (-1cm2/echiv.) (Scm2 / echiv.)

Conductivitatea echivalenta () creste cu dilutia. La dilutii mari, ramane

constanta si se numeste conductivitate echivalenta limita (∞) sau (0). Pentru

determinarea lui ∞ se determina la diferite concentratii alei unei solutii de electrolit si

se extrapoleaza la C = 0.

Gradul de disociere () se exprima prin raportul dintre si ∞ :

(10) = / ∞

Legea dilutiei lui Ostwald exprima dependenta Kd de  :

(11) Kd = 2C / (1- )

Inlocuind pe din relatia (10) in relatia (11) se obtine :

(12) Kd = 2C / ∞(∞ - )

Scopul lucrarii: Se va urmari variatia conductivitatii cu concentratia pentru un electrolit

slab (CH3COOH) si se vor calcula gradul de disociere () si constanta de disociere (Kd).

Aparatură: Conductometru, electrod de conductivitate, pahare Berzelius.

Substanţe: Soluţii de CH3COOH de concentraţii diferite, soluţie de KCl 0,01N.

Modul de lucru

electrodul de conductivitate aflat în paharul Berzelius ce conţine apă distilată se

scoate şi şterge cu hârtie de filtru

se conectează conductometrul la reaţeaua de alimentare cu curent electric

electrodul de conductivitate se cuplează la conductometru. Se porneşte aparatul,

apăsând butonul “ON/OFF“ şi apoi butonul “▲▼, până apare scala de citire a

conductivităţii () în [μS/cm];

electrodul de conductivitate se introduce pe rând în 4 pahare Berzelius ce conţin

soluţii de CH3COOH (0,001N, 0,01N, 0,1N şi 1N) în ordinea crescătoare a concentraţiei.

Pentru a face prima citire de conductivitate se apasă butonul “AR” până ce apare pe

ecranul aparatului în dreapta jos scris “AR” şi începe să clipească pe ecran “AR”. Se

aşteaptă ca acesta să rămână fix pe ecran după care se notează valoarea conductivităţii,

() în tabelul de mai jos. Se procedează în acelaşi mod pentru toate citirile de

conductivitate;

după terminarea determinărilor se opreşte aparatul, iar electrodul de

conductivitate se introduce în paharul Berzelius cu apă distilată

Rezultate şi calcule

Se întocmeşte tabelul cu datele experimentale obţinute:

SolutieConcentratie

N

[Scm-1]

[Scm2] Kd

CH3COOH

0,001

0,01

0,1

1

Pentru soluţiile de electrolit slab, (CH3COOH) se calculează conductivitatea

echivalentă, (), gradul de disociere, () si constantă de disociere, (Kd) ştiind că valoarea

conductivităţii echivalente limită, 0= 380 Scm2.