Робота 16
Визначення константи дисоціації
Мета роботи: визначення ступеня і константи дисоціації слабкої органічної кислоти при різних концентраціях.
Прилади і реактиви:
1. Навчально-лабораторний комплекс «Хімія» в наступній комплектації:
- модуль «Електрохімія» в комплекті з двома срібними електродами для вимірювання електропровідності і одним термодатчиком;
- стаканчик на 50 см 3;
2. Розчини оцтової кислоти концентрацією 0,1; 0,01; 0,001; 0,0001 М, дистильована вода.
Відповідно до теорії Арреніуса, електроліти у водному розчині дисоціюють на заряджені частинки - іони, які і є переносниками електрики. Не всі електроліти дисоціюють в однаковій мірі: одні - сильні електроліти, дисоціюють в розчині повністю; інші - слабкі електроліти - лише частково. В останньому випадку частка розпалися молекул, звана ступенем дисоціації (), залежить від концентрації електроліту і температури.
У розчині слабкого електроліту між недіссоціірованнимі молекулами і іонами встановлюється рівновага
Для бінарного електроліту:
Константа рівноваги процесу електролітичноїдисоціації називається константою дисоціації (Кд).
Покладемо, що ступінь дисоціації дорівнює . Якщо концентрація кислоти в розчині дорівнює с (моль / л), то концентрації катіона
Обчислена практична константа Кд залежить від концентрації. Незалежної від концентрації є термодинамічна константа дисоціації, виражена через активність іонів і молекул:
де
Іони в розчині електроліту знаходяться в безперервному хаотичному русі. При накладенні зовнішнього електричного поля на хаотичний рух іонів накладається орієнтоване поступальний рух до поверхні електродів: катіонів - до негативного, а аніонів - до позитивного електрода. В результаті виникає електричний струм.
Величина, що характеризує здатність речовин проводити електричний струм під дією зовнішнього електричного поля, називається електричну провідність.
Електрична провідність (G) - величина, зворотна електричному опору провідника (R). Вимірюється в Сіменс (См): См = Ом -1.
де - питомий опір; - питома електрична провідність; S - площа перерізу провідника; l - довжина провідника.
Електрична провідність в розчинах електроліту залежить від числа іонів в об'ємі розчину між електродами і швидкості їх руху.
Для оцінки провідності розчинів і впливу на неї різних факторів застосовують дві величини: питому () і молярну () електричну провідність.
Питомої електричну провідність () називають електропровідність розчину, що знаходиться між паралельними електродами площею 1 см 2. розташованими на відстані 1 см. Питома електрична провідність вимірюється в Ом -1 см -1 або Смсм -1.
Молярна електрична провідність - міра електричної провідності всіх іонів, що утворюються при дисоціації 1 міль електроліту при даної концентрації.
Молярна електрична провідність дорівнює електричної провідності такого обсягу (V, см3) розчину, в якому міститься 1 моль розчиненої речовини, причому електроди перебувають на відстані 1 см один від одного.
Питома і молярна електричні провідності пов'язані співвідношенням
де С - концентрація, мольл;
- молярна електрична провідність, (Ом -1 см 2 моль -1) або Смсм 2 моль -1;
- питома електрична провідність, (Ом -1 см -1) або Смсм -1.
Оскільки електрична провідність об'єму розчину електроліту визначається кількістю що знаходяться в ньому іонів, що переносять електрику, а також швидкістю їх міграції, для молярної провідності справедливо співвідношення
де U +. U- - абсолютні швидкості руху іонів (т. Е. Швидкості їх пересування в поле з напруженістю 1 В · см -1); - ступінь дисоціації електроліту; F - число Фарадея, т. Е. Кількість електрики, яке несе 1 моль однозарядних катіонів або аніонів.
е - 1,610 -19 Кл - заряд електрона.
При розведенні розчину молярна електрична провідність як сильних, так і слабких електролітів зростає: для слабких електролітів - внаслідок збільшення ступеня дисоціації (), для сильних - в результаті підвищення абсолютної швидкості руху іонів
Граничне значення . відповідає молярної електричної провідності гіпотетичного нескінченно розведеного розчину, що характеризується повною дисоціацією електроліту і відсутністю сил електростатичного взаємодії між іонами, відповідно до (4) може бути виражено співвідношенням
Твори
Молярна електрична провідність електроліту при нескінченному розведенні () дорівнює сумі граничних подвижностей аніонів та катіонів.
Співвідношення (6) встановлено Кольраушем і називається законом незалежного руху іонів.
Гранична рухливість іонів залежить тільки від природи розчинника і температури; для багатьох іонів ця величина експериментально визначена і приведена в довідниках.
Молярна електрична провідність розчинів слабких електролітів менше, ніж сильних. Це пов'язано з тим, що навіть при низьких концентраціях ступінь дисоціації слабких електролітів мала ( 1), отже, не дивлячись на те, що в об'ємі розчину, укладеного між електродами, міститься 1 моль електроліту, іонів-переносників електричного струму в цьому обсязі менше , ніж в розчині сильного електроліту. Підвищення молярної електричної провідності слабких електролітів при розведенні розчинів пов'язано саме зі збільшенням ступеня дисоціації.
З рівнянь (4) і (5) слід:
де
Абсолютні швидкості руху іонів в розведених розчинах електролітів (U +. U-) і в нескінченно розбавлених (U + . U-) близькі між собою (
Таким чином, ступінь дисоціації електроліту в розчині заданої концентрації можна розрахувати, якщо виміряти молярну електричну провідність цього розчину і знати . яку можна розрахувати за формулою (5).