گزارش کار آزمایش هدایت سنجی الکترولیت های قوی و ضعیف

به نام خدا
گزارش کار آزمایش شیمی فیزیک 2

عنوان آزمایش
هدایت سنجی الکتریکی الکترولیت های قوی و ضعیف

نویسنده گزارش کار:
اعضای گروه:

تئوری آزمایش:
هدایت الکتریکی بر مبنای جریان الکترون ها بنا شده است. از میان عنصرهای جدول تناوبی، فلزات که در میان آنها فلزات قلیایی و قلیایی خاکی نیز وجود دارند، به دلیل گذردهی خوب الکترون ها از میان خود، به عنوان هادی خوب الکتریسیته شناخته می شوند. در مقابل، آب مقطر به دلیل قدرت کم در عبور دادن الکترون ها، هادی ضعیف الکتریسته به حساب می آید. موادی که به شدت یونیزه شده باشند، الکترولیت هایی قوی هستند. اسیدهای قوی و نمک ها نوعی از الکترولیت قوی محسوب می شوند چراکه به طور کامل در محلول یونیزه و سبب حمل بار الکتریکی در محلول و در نتیجه ایجاد جریان الکتریکی می شوند. موادی که به طور کامل یونیزه نشوند، در دسته بندی الکترولیت های ضعیف جای می گیرند. اسید و باز های ضعیف جزو این گروه هستند زیرا در محلول ها به طور کامل یونیزه نمی شوند.
هدایت الکتریکی یک الکترولیت معیاری برای قابلیت گذردهی الکتریسیته و واحد آن در SI، "زیمنس بر متر" (S/m) است. اندازه گیری هدایت الکتریکی در صنعت و محیط زیست به عنوان یک روش ارزان و قابل اعتماد برای بررسی میزان یون موجود در یک محلول، به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. به طور مثال، اندازه گیری هدایت الکتریکی و کنترل آن، از روش های معمول در تصفیه آب برای مصارف خانگی و صنعتی است.

در بسیاری از موارد، هدایت الکتریکی به طور مستقیم با "کل مواد جامد محلول" (Total Dissolved Solids) مرتبط می شود. هدایت الکتریکی آب دیونیزه (یون زدوده) باکیفیت، معمولا در حدود 5.5 μS/m در دمای 25 درجه سانتی گراد است. هدایت الکتریکی در گذشته از طریق اتصال الکترولیت به یک مدار پل وتسون اندازه گیری می شد. محلول های رقیق از قانون "کولراش" (Kohlrausch) در رابطه با هدایت الکتریکی تبعیت می کنند.

روش انجام آزمایش:
ابتدا 250 میلی لیتر محلول اسید استیک یک نرمال را با آب دو بار تقطیر شده تهیه کنید سپس بوسیله رقیق کردن محلول فوق محلول های 0.1، 0.02، 0.005، 0.002، 0.001، 0.0005، 0.0002 نرمال را با حجم 50 میلی لیتر تهیه کنید.

هدایت هر یک از محلول ها را توسط دستگاه هدایت سنج اندازه گیری کنید بدین صورت که ابتدا الکترود را درون لوله آزمایشی محتوی آب مقطر گذاشته به شکلی که الکترود با آب در تماس باشد. سپس چند ثانیه صبر کنید و هدایت را بخوانید. سپس هدایت سایر محلول ها را به همین طریق از رقیق به غلیظ اندازه گیری کنید.

محاسبات:
1 . با استفاده از هدایت اندازه گیری شده توسط دستگاه و ثابت سل، هدایت ویژه تمامی محلول ها را محاسبه کنید. (معادله 3).
محاسبه ثابت سل:
K=lθ
l_یونها=l_محلول-l_(مقطر آب)
0.0012227=(14.2-2.09)×θ_1 ⇒ θ_1=0.10096
0.0014114=(14.8-2.88)×θ_2 ⇒ θ_2=0.1184
θ=(θ_1+θ_2)/2=(0.10096+0.1184)/2=0.1096
تعیین هدایت ویژه محلول ها:
هدایت آب مقطر در 25 درجه سلسیوس: 2.88

K=lθ
K_1=(6.7-2.88)×10^(-3)×0.1096=4.18×10^(-4)
K_2=(5.15-2.88)×10^(-3)×0.1096=2.48×10^(-4)
K_3=(4.82-2.88)×10^(-3)×0.1096=2.12×10^(-4)
K_4=(4.46-2.88)×10^(-3)×0.1096=1.73×10^(-4)

2 . هدایت اکی والان محلول ها را با استفاده از رابطه ی Λ=1000K/C محاسبه کنید.
هدایت اکی والان تجربی حدی را طبق رابطه ی زیر به دست آورید:
Λ^'=Λ_0-(A+BΛ_0 ) √C
که در آنA و B مقادیری ثابت هستند و مقدار آنها عبارتند از A=60.2 و B=0.229 و مقدار Λ_0 نیز بدست می آید:
Λ_0 (HAc)=λ_0 (H^+ )+λ_0 (〖Ac〗^- )=349.8+40.9=390.7 〖ohm〗^(-1) 〖cm〗^2
Λ=1000K/C
Λ_1=(1000×4.18×10^(-4))/0.1=4.18 , Λ^'=390.7-(60.2+0.229×390.7) √0.1=343.37
Λ_2=(1000×2.48×10^(-4))/0.02=12.4 , Λ^'=390.7-(60.2+0.229×390.7) √0.02=369.54
Λ_3=(1000×2.12×10^(-4))/0.005=42.4 , Λ^'=390.7-(60.2+0.229×390.7) √0.005=380.12
Λ_4=(1000×1.73×10^(-4))/0.002=86.5 , Λ^'=390.7-(60.2+0.229×390.7) √0.002=384
3 . α را از رابطه ی α=Λ/Λ^' محاسبه کنید. K_a^' را از رابطه ی K_a^'=(Cα^2)/(1-α) بدست آورید. با استفاده از قدرت یونی محلول و معادله (12)، K_a را بدست آورید.
α_1=4.18/343.37=0.012 , K_a^'=(0.1×〖0.012〗^2)/(1-0.012)=1.45×10^(-5)
α_2=12.4/369.54=0.033 , K_a^'=(0.02×〖0.033〗^2)/(1-0.033)=2.25×10^(-5)
α_3=42.4/380.12=0.111 , K_a^'=(0.005×〖0.111〗^2)/(1-0.111)=6.92×10^(-5)
α_4=86.5/384=0.225 , K_a^'=(0.002×〖0.225〗^2)/(1-0.225)=1.3×10^(-4)
pK_a=pK_a^'+1.018√I
〖CH〗_3 COOH⇌H^++〖CH〗_3 〖COO〗^-
I=1/2 ∑_(i=1)^n▒〖C_i z_i^2 〗
I_1=1/2 (0.1×1+0.1×1)=0.1 , pK_(a,1)=4.83+1.018×√0.1=5.15
I_2=1/2 (0.02×1+0.02×1)=0.02 , pK_(a,2)=4.64+1.018√0.02=4.78
I_3=1/2 (0.005×1+0.005×1)=0.005 , pK_(a,3)=4.16+1.018√0.005=4.23
I_4=1/2 (0.002×1+0.002×1)=0.002 , pK_(a,4)=3.88+1.018√0.002=3.92

K_(a,1)=10^(-5.15)=7.07×10^(-6)
K_(a,2)=10^(-4.78)=1.65×10^(-5)
K_(a,3)=10^(-4.23)=5.88×10^(-5)
K_(a,4)=10^(-3.92)=1.2×10^(-4)

K_a
I
K_a^'
α
Λ^'
Λ
هدایت (l)
(mS)
غلظت (M)
7.07E-6
0.1
1.45E-5
0.012
343.37
4.18
6.7
0.1
1.65E-5
0.02
2.25E-5
0.033
369.54
12.4
5.15
0.02
5.88E-5
0.005
6.92E-5
0.111
380.12
42.4
4.82
0.005
1.2E-4
0.002
1.3E-4
0.225
384
86.5
4.46
0.002