ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТЫ ДИССОЦИАЦИИ СЛАБОГО ЭЛЕКТРОЛИТА Прокопенко В.Д. Determination dissociation constants of weak electrolytes

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТЫ ДИССОЦИАЦИИ СЛАБОГО
ЭЛЕКТРОЛИТА
Прокопенко В.Д.
Determination dissociation constants of weak electrolytes
Prokopenko V.D.
Кубанский Государственный Технологический Университет
Краснодар, Россия
Kuban State Technological University
Krasnodar, Russia
Всегда важно знать, какой силой обладает электролит. Чтобы сравнить
электролиты по электропроводящей силе, нужно сравнить константы их
диссоциации.
Константа диссоциации — вид константы равновесия, которая
характеризует склонность объекта диссоциировать (разделяться) обратимым
образом на частицы, как, например, когда комплекс распадается на
составляющие молекулы, или когда соль диссоциирует в водном растворе на
ионы. Определить величину константы диссоциации слабого электролита
можно путем измерения сопротивления его раствора.
Согласно закону действующих масс константа электролитической
диссоциации слабого одновалентного электролита
∗ 1α
Здесь α - степень электролитической диссоциации электролита при
концентрации, равной С моль/л (или, что то же, - С г-экв/л). Известно, что
∞
где и ∞ - эквивалентные электропроводности при данном и
бесконечном разведении. После подстановки значения в уравнение (1) оно
принимает вид:
∞ ∞ Величины и ∞ , необходимые для расчета константы равновесия по
формуле (2), находят таким образом. Эквивалентную электропроводность
при данном разведении рассчитывают по формуле:
1000 ∗ Чтобы определить величину удельной электропроводности , которая
входит в это уравнение, измеряют сопротивление исследуемого раствора в специальном сосуде с электродами.
Известно, что сопротивление проводника R прямо пропорционально
длине и обратно пропорционально поперечному сечению S:
Коэффициент
пропорциональности
ρ
называется
удельным
сопротивлением. Это сопротивление электрическому току раствора,
заключённого между электродами, которые находятся на расстоянии 1 см и
имеют площадь по 1 см2. Полагая, что величины R, S , выражены
соответственно в омах, см2 и см, можно определить, что размерность
удельного сопротивленияρ Ом*см. Из формулы (4) следует, что если бы
расстояние между электродами в сосуде равнялось точно 1см2, то, измерив
сопротивление исследуемого раствора , мы определили бы его удельное
сопротивление ρ, так как при этих условиях ρ. Зная же ρ, можно сразу
получить значение удельной электропроводности , поскольку она обратна
удельному сопротивлению.
1
ρ
Этим самым задача нахождения по формуле (3) была бы решена.
Однако изготовить сосуд, отвечающий всем перечисленным условиям,
технически трудно. На практике пользуются сосудами, в которых значения и S точно известны. Это значит, что, измерив сопротивление раствора ,
нельзя по формуле (4) найти его удельное сопротивлениеρ. Чтобы иметь
возможность по находить величину ρи в конечном счете , определяют так
называемую постоянную сосуда В. Она представляет отношение , т.е. B= .
ρ
Заменив в формуле (4) отношение на B и ρ на , можно показать, что
R∗
Очевидно, что измеряя сопротивление раствора R, удельная
электропроводность которого известна заранее, можно определить
постоянную сосуда B.
В качестве такого раствора обычно берут 0,01 н или 0,02 н растворы
хлористого калия, у которых величина измерена при разных температурах.
При использовании в работе одного из названных растворов формулу (5)
целесообразно записать так:
∗ Зная B, можно определить удельную электропроводность любого
исследуемого
раствора ,
если
измерить
его
сопротивление .
Действительно, по той же формуле (5) находим
B
Определив , по формуле (3) вычисляют .
Эквивалентную электропроводность при бесконечном разделении ∞ ,
вычисляют, используя закон независимого движения ионов (закон
Кольрауша):
∞ , ! "
Значение подвижностей катиона и аниона " при температуре (#$ )
находят по формуле:
%&'( %) 1 ! *#$ 18
где %) – подвижность катиона или аниона при 18 0С;
* – температурный коэффициент электропроводности.
Подвижности ионов при 18 $С и температурные коэффициенты
электропроводности приведены в таблице 1.
Таблица 1
- Подвижности и температурные
электропроводности ионов
Катион
,
.,/
315
*
0,0154
64,6
0,0222
)
Анион
-, "
,--"
,0 --"
,1 --"
коэффициенты
")
*
0,0180
0,0231
0,0238
0,0212
174
47,0
35,0
31,0
Подставляя представленные величины и ∞ в уравнение (2), находят
искомое значение константы диссоциации слабого электролита .
Мы поставили перед собой задачу определить константу диссоциации
уксусной кислоты. Для этого провели измерения сопротивления растворов
разной концентрации.
После определения постоянной сосуда В измеряют сопротивление
растворов разной концентрации . Операцию разбавления раствора с
последующим определением и вычислениемэлектропроводностей проводят
10
раз.
Зная
постоянную
сосуда,
рассчитывают
удельную
электропроводность раствора по формуле (7). Далее, используя уравнение
(3), вычисляют эквивалентную электропроводность раствора . Для записи
экспериментальных данных и расчетных данных составим таблицу 2.
Таблица 2 -Экспериментальные и расчетные данные
С
г-экв/л
0,005
0,0025
0,00125
0,00625
0,003125
0,001562
0,00781
0,00039
0,000195
0,0000976
0,11
0,17
0,29
0,53
0,97
1,81
3,43
6,43
11,91
18,41
1,091
0,714
0,497
0,371
0,254
0,174
0,121
0,089
0,083
0,081
B
.
6,94
13,88
27,76
5,52
11,104
22,21
44,43
88,97
177,94
355,53
∞
350
350
350
350
350
350
350
350
350
350
0,019
0,039
0,079
0,015
0,031
0,063
0,126
0,254
0,508
1,015
∞
0,18*10-5
0,39*10-5
0,78*10-5
0,14*10-5
0,30*10-5
0,61*10-5
0,12*10-3
0,25*10-4
0,50*10-4
0,10*10-3
Вычисляя при различных концентрациях электролита и находя ∞
по закону Кольрауша (8), рассчитывают по формуле (2) величину константы
диссоциации электролита для каждого опыта. Затем определяют её среднее
значение ср .
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
1
2
3
4
5
6
7
8
F(C)
6
5
4
3
2
1
0
1
2
3
4
5
6
7
F(C)
Вывод: С помощью метода измерения сопротивления растворов разной
концентрации и вычисления электропроводности растворов мы вычислили,
пользуясь законами Кольрауша и Оствальда, константу диссоциации слабого
электролита.