Лабораторная работа № 16 Определение электропроводности слабых электролитов

Проводники электрического тока делятся на проводники первого и второго рода. К проводникам первого рода относятся металлы и их сплавы, графит и другие материалы. Проводниками второго рода называют растворы кислот, щелочей и солей, расплавленные соли и кристаллы некоторых твердых солей.

Перенос электричества в проводниках первого рода осуществляется движением электронов по проводнику, в проводниках второго рода перенос электричества осуществляется движением ионов, и сила тока представляет собой суммарный результат движения катионов и анионов. Сопротивление, а, следовательно, и электропроводность зависит от длины и поперечного сечения проводника, а именно:

, где /1/

- сопротивление проводника (Ом);

- длина проводника (см);

- площадь поперечного сечения (см²);

- удельное сопротивление (Ом ^. см).

Электропроводность – величина, обратная сопротивлению электрического тока, т.е.

= æ , /2/

где æ – удельная электропроводность, æ = (Ом^{-1 .}см^-1);

- длина проводника (см);

S – поперечное сечение проводника (см²).

Удельной электропроводностью называют электропроводность одного мл раствора, помещенного между электродами с поверхностью 1 см², находящимися на расстоянии 1 см друг от друга.

Удельная электропроводность различных электролитов, сравниваемая при одинаковых условиях, температуре и концентрации, различна. Удельная электропроводность слабых электролитов с повышением концентрации растет незначительно. Уменьшение ее вызвано падением степени диссоциации. Удельная электропроводность с уменьшением концентрации падает, но не пропорционально, она убывает медленнее, чем разведение раствора. Только в очень разбавленных растворах солей, сильных кислот и оснований обе величины становятся пропорциональными.

Более наглядно выглядят эти закономерности, если пользоваться не удельной, а эквивалентной электропроводностью. Она зависит от свойств растворенного вещества, выражающихся в способности переносить в единицу времени большего или меньшего количества электричества. Способность различных электролитов проводить электрический ток удобно сравнивать в таких условиях, когда в слое жидкости, заключенном между электродами, находятся химически сравнимые количества различных веществ. Такими химически сравнимыми количествами являются грамм-эквивалент или грамм-моль вещества.

Эквивалентной электропроводностью называют электропроводность столба жидкости, заключенного между электродами, находящимися друг от друга на расстоянии 1 см при такой площади поверхности электродов, что между ними находится объем жидкости, содержащий 1 грамм-эквивалент вещества.

æ = 1000 ^. V ^. æ, [Ом^{-1 .} см^{-1 .} м^-1], где /3/

- эквивалентная электропроводность при данном разведении;

С – концентрация раствора;

- разбавление раствора, т.е. величина, обратная концентрации ( = 1 / С).

Эквивалентная электропроводность раствора повышается при его разбавлении благодаря тому, что количество электролита между электродами остается постоянным (грамм-эквивалент), а число ионов, образующихся при разбавлении, увеличивается.

Причем все ионы остаются между электродами, участвуя в переносе электричества. Следовательно, возрастание эквивалентной электропроводности раствора данного электролита при разбавлении определяется степенью электролитической диссоциации и вместе с ней, по мере разбавления, стремится к пределу, после которого остается постоянной. Это предельное значение электропроводности называется электропроводностью при бесконечном разведении и обозначается . Электропроводность при бесконечном разведении вычисляется как сумма подвижностей ионов (катионов - и анионов - ):

Определив эквивалентную электропроводность раствора и, зная подвижность ионов, можно вычислить степень диссоциации по формуле:

.

Степень диссоциации слабого электролита в водном растворе с разбавлением V определяется частным от деления значения эквивалентной электропроводности при этом разбавлении на значение электропроводности при бесконечном разведении.

В растворах слабых электролитов имеются недиссоциированные молекулы, а также катионы и анионы, образовавшиеся вследствие электролитической диссоциации некоторой части молекул. Между ними в растворе устанавливается динамическое (подвижное равновесие, характеризуемое при данной температуре и данной общей концентрации электролита постоянной величиной – константой электролитической диссоциации, которую можно вычислить на основании закона действующих масс. Для молекул, способных диссоциировать на два иона, КА  К⁺ + А^-:

, где /4/

К – константа электролитической диссоциации;

- концентрация катионов;

- концентрация анионов;

- концентрация недиссоциированных молекул.

Если концентрацию электролита в объеме V принять равной С:

= =  ^. С, тогда концентрация недиссоциированных молекул определяется по формуле:

= (1 - ) ^. С , учитывая это, получим для константы диссоциации:

. /5/

Учитывая, что V = 1/С, получим:

. /6/

Подставим значение степени диссоциации в /6/:

= /7/

Последние два уравнения носят название закона разведения Оствальда. Целью данной работы является проверка настоящего закона.