Ćwiczenie 47
Zależność przewodnictwa elektrolitu od temperatury.
Sprawdzanie reguły Waldena.
Celem ćwiczenia jest:
a. poznanie techniki pomiaru konduktancji ciał w fazie ciekłej
b. wyznaczenie przebiegu zależności konduktywności właściwej elektrolitów od temperatury
Wstęp teoretyczny:
Do elektrolitów (przewodników II klasy) należą głównie roztwory soli, kwasów i zasad w wodzie lub w innych rozpuszczalnikach o dużej przenikliwości elektrycznej. Elektrolitami są substancje o wiązaniach jonowych; grupy atomów o ładunkach przeciwnego znaku przyciągają się siłami kulombowskimi. Jeżeli siły oddziaływania między jonami zostaną znacznie zmniejszone, to doprowadzi to do zerwania wiązań. Obojętne elektrycznie cząsteczki ulegną wtedy dysocjacji, czyli rozpadowi na swobodne jony, zdolne do przewodzenia prądu. Przewodzenie prądu przez elektrolity - konduktancja jonowa - jest związana z transportem masy, bowiem nośnikami prądu są jony o stosunkowo dużej masie. Jonami dodatnimi są jony wodoru i metali, a ujemnymi - jony reszt kwasowych i grup - OH.
Stopniem dysocjacji elektrolitu nazywamy stosunek liczby cząsteczek zdysocjowanych do ogólnej liczby cząsteczek rozpuszczonych. Stopień dysocjacji zależy od: temperatury, stężenia roztworu, rodzaju roztworu. Z chwilą przyłożenia do elektrolitu zewnętrznego pola elektrycznego, tzn. z chwilą zanurzenia do roztworu dwóch elektrod połączonych ze źródłem napięcia, na jony działają siły elektryczne: Pod ich wpływem istniejące w roztworze kationy zmierzają do elektrody o potencjale niższym (katoda), a aniony do elektrody o potencjale wyższym (anoda). W elektrolicie następuje uporządkowany ruch ładunków elektrycznych, czyli płynie prąd. Kierunek prądu jest kierunkiem ruchu ładunków dodatnich - kationów. Zjawisko przepływu prądu przez elektrolity wraz z towarzyszącymi mu procesami chemicznymi nazywamy elektrolizą. Podczas elektrolizy na katodzie powstają produkty redukcji (w wyniku przyłączania elektronów do jonów), a na anodzie produkty utleniania (na skutek utraty elektronów przez jony). Opis ilościowy procesu elektrolizy dają prawa Faradaya:
I prawo Faradaya - gdzie: m - masa substancji wydzielonej na każdej z elektrod podczas przepływu prądu o natężeniu I przez elektrolit jest wprost proporcjonalna do ładunku elektrycznego q, który w czasie t przepłynął przez elektrolit, k - jest to równoważnik elektrochemiczny.
II prawo Faradaya - gdzie: stosunek mas m1 i m2 różnych substancji wydzielonych na elektrodach podczas przepływu jednakowych ładunków elektrycznych równa się stosunkowi ich równoważników chemicznych (iloraz masy atomowej pierwiastka przez wartościowość)
(…)
…
49,5
73
74
73,5
0,871
Opracowanie wyników doświadczalnych:
Obliczamy wartość współczynnika lepkości korzystając z zależności:
= Kwt
gdzie: Kw - stała wiskozymetru = (0,0172 + 0,0001) [cP/s]
t - jest czasem opadania kulki między zewnętrznymi kreskami wiskozymetru
POMIAR 1: dla temperatury 24,5 °C
= Kw * t
= 0,0172 * 136,5 [cP/s * s] = [cP]
= 2,3478 [cP]
wyznaczamy błąd bezwzględny metodą różniczki zupełnej
= K * t
d = (dK * t) + (K * dt)
= (K * t) + (k * t); gdzie: K = 0,0001 [cP/s] i t = 2 [s]
= (0,0001 * 136,5) + (0,0172 * 2) = (0,01365 + 0,0344) = 0,0480 [cP]
= 0,0480 [cP]
Dla pozostałych pomiarów dokonaliśmy takich samych obliczeń. Wyniki zebraliśmy w poniższej tabeli:
temperatura [°C]
24,5
32,0
36,0
40,3
45,4
49,5
wartość [cP]
2,3478
1,9522
1,7974
1,5652
1,4276
1,2642
wartość [cP]
0,0480
0,0457
0,0448
0,0435
0,0427
0,0417
Na wykresie przedstawiliśmy zależność współczynnika lepkości od temperatury:
Sporządzamy wykres zależności przewodności elektrolitu od temperatury:
Sprawdzenie reguły Waldena:
σ = const
- pomiar 1: dla 24,5 °C
x = σ = 2,3478 0,497 = 1,17
obliczamy błąd bezwzględny x dla iloczynu σ:
- błąd charakterystyczny dla danego…
…:
temperatura [°C]
24,5
32,0
36,0
40,3
45,4
49,5
wartość x=σ
1,17
1,19
1,18
1,13
1,12
1,10
wartość x
0,26
0,22
0,21
0,19
0,18
0,16
Wnioski:
Patrząc na wyniki zawarte w powyższej tabeli, mające przedstawić regułę Waldena mówiącą, że iloczyn współczynnika lepkości i przewodności jest wartością stałą, widzimy że nie spełniają one w pełni tej zasady. Zależność współczynnika lepkości od temperatury jest funkcją…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)