Определение константы и степени диссоциации (ионизации) слабых электролитов в водных растворах.

Цель работы: определение степени и константы диссоциации (ионизации) слабых электролитов кондуктометрическим методом.

Целевые задачи: Освоение кондуктометрического метода; расчет константы ячейки (ёмкости сопротивления); измерение сопротивления растворов слабых электролитов; определение удельной и молярной электрической проводимости, степени и константы ионизации растворов электролитов.

Электрическая проводимость раствора – свойство, характеризующее способность проводить электрический ток. Она зависит от количества и природы ионов, природы растворителя и температуры раствора. Измерение электрической проводимости лежит в основе метода исследования и анализа, называемого кондуктометрией. Различают прямую кондуктометрию и кондуктометрическое титрование.

В прямой кондуктометрии по электрической проводимости находят степень и константу диссоциации электролитов, константу устойчивости комплексных соединений, произведение растворимости солей и т. д.

При кондуктометрическом титровании по изменению электрической проводимости контролируют ход взаимодействия титранта с определяемым веществом и находят эквивалентные точки реакций нейтрализации, осаждения, окисления – восстановления и др.

Электрическую проводимость определяют по сопротивлению, которое измеряют с помощью установки, состоящей из измерительного прибора - кондуктометра и кондуктометрической ячейки.

Растворы электролитов характеризуются удельной и эквивалентной электрическими проводимостями.

Удельная электрическая проводимость k – величина, обратная удельному сопротивлению раствора r (которое можно рассчитать, зная общее сопротивление R, длину и площадь поперечного сечения проводника: r = RS/l): k= 1/r. Размерность её в системе СИ Ом^-1м^-1, однако в практических расчетах обычно используется размерность Ом^-1см^-1. Физический смысл k при этом будет таким: проводимость объёма раствора, заключенного между двумя плоскими параллельными электродами (площадь поверхности каждого из которых равна 1 см²), расположенными на расстоянии 1 см друг от друга.

Эквивалентная (мольная)электрическая проводимость l- проводимость объёма раствора, содержащего 1 моль эквивалента исследуемого вещества, и заключенного в объёме между плоскими параллельными электродами, расположенными на расстоянии 1см друг от друга. Размерность l в системе СИ Ом^-1м²моль^-1, однако пользуются и другой размерностью (Ом^-1см²моль^-1).

Эквивалентная и удельная электропроводимости связаны между собой уравнением:

l = kV,

где V – разведение, то есть объём (в см³) раствора, в котором содержится 1 моль эквивалента исследуемого электролита.

Так как V = 1/С (где С – концентрация), то, при выражении концентрации в моль/л, получается соотношение

l = (k·1000)/С, (3.1)

где 1000 – пересчетный коэффициент из л в см³.

Проводимость растворов зависит от концентрации, температуры, природы растворенного вещества и растворителя, вязкости, диэлектрической проницаемости и других факторов. Поэтому для характеристики свойств электролита в данном растворителе в кондуктометрии обычно используют эквивалентную (мольную) электрическую проводимость при бесконечном разведении l_¥ . Она представляет собой предел, к которому стремится l с ростом разведения (или с уменьшением концентрации, стремящейся к нулю).

В соответствии с законом Кольрауша l_¥ может быть рассчитана как сумма ионных электрических проводимостей при бесконечном разведении (или, иначе, подвижностей ионов):

l_¥ = l₊ + l_-.