Теоретические основы. Цель: приобретение навыков измерения электропроводности раствора при помощи цифрового кондуктометра

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Тема: ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ПРИ БЕСКОНЕЧНОМ РАЗБАВЛЕНИИ СИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОЛИТА.

Литература: Лекция №6; [1]: С. 283-300.

Цель: приобретение навыков измерения электропроводности раствора при помощи цифрового кондуктометра, определение молярной электропроводности при бесконечном разбавлении сильного электролита кондуктометрическим методом.

Реактивы и оборудование:

Кондуктометр цифровой с электродом, раствор NaCl0,1 моль/л; вода дистиллированная, бюретка объемом 50 мл, воронка, стакан объемом 50 мл (под бюретку), пронумерованные мерные колбы объемом 100 мл с пробкой — 5 штук, высокий стакан объемом 150 мл для измерений электропроводности.

Теоретические основы

Электропроводность растворов электролитов, то есть способность проводить электрический ток, обусловлена направленным движением ионов под воздействием электрического поля. В проводниках первого рода (металлах) заряд переносится электронами. Растворы электролитов – проводники второго рода, носителями электричества в них служат анионы и катионы. Электропроводность раствора электролита зависит от природы электролита и растворителя, концентрации, температуры и некоторых других факторов.

Удельная электропроводность раствора электролита – это электрическая проводимость объема раствора, заключенного между двумя параллельными электродами, имеющими единичную площадь и удаленными друг от друга на расстояние, равное единице длины. Единицы измерения удельной электрической проводимости c в СИ [Ом^–1∙м^{– 1}] или [См∙м^–1]; на практике также используют внесистемные единицы [Ом^–1∙см^–1] или [См∙см^–1].

Сложный характер зависимости c от C требует использования других количественных способов выражения электропроводности. В электрохимии наряду с удельной электропроводностью χ используют величину молярной электропроводности l, равную электрической проводимости такого объема раствора, который содержит 1 моль растворенного вещества, при условии, что раствор заключен между двумя параллельными электродами, удаленными друг от друга на расстояние, равное единице длины. В единицах СИ молярная электропроводность λ имеет размерность [Ом⁻¹∙м²∙моль⁻¹] =[См∙м²∙моль⁻¹]. На практике концентрацию раствора часто выражают не в [моль/м³], а в [моль/л], а χ − во внесистемных единицах [Ом⁻¹∙см⁻¹] = [См∙см⁻¹], поэтому при вычислениях следует внимательно относиться к размерности λ в зависимости от используемых единиц c и С.

Молярная электрическая проводимость тоже зависит от концентрации раствора.С увеличением концентрации молярная электрическая проводимость λ уменьшается в растворах сильных и для слабых электролитов вследствие возрастания взаимного влияния ионов или изменения степени диссоциации с разбавлением.

Для сравнения электропроводности электролитов используют значение молярной электропроводности бесконечно разбавленного раствора l¥, то есть раствора такой концентрации, когда взаимным влиянием ионов можно пренебречь, именно эти значения приводятся в справочных таблицах для характеристики электропроводности электролита.

Прямое определение l¥ невозможно,поскольку нельзя на практике приготовить «бесконечно разбавленный раствор». Найти l¥ из графической зависимости l от С (при бесконечном разбавлении С → 0, значение λ максимально) также довольно сложно из-за практических трудностей экстраполяции кривой к оси ординат. Экстраполяция упрощается, если зависимость будет иметь линейный характер.

Рис. 6. Зависимость молярной электрической проводимости растворов сильных электролитов от концентрации

Эмпирически линейная зависимость зависимости l от С обнаружена немецким физиком Кольраушем и известна как «закон квадратного корня»:

В координатах l − это уравнение выражается прямой, отсекающей на оси ординат отрезок, равный l¥. Постоянная h, зависящая от природы растворителя и электролита, может быть найдена из тангенса угла наклона прямой. Это уравнение используется для экспериментального определения l¥ сильных электролитов в области невысоких концентраций.