Conductometry
Download
Report
Transcript Conductometry
קונדקטומטריה
•קונדקטומטריה – שיטה אנליטית המבוססת על מדידות מוליכות בתמיסה
•מוליכות ( )Lמוגדרת כיחס הפוך להתנגדות התמיסה בין שתי האלקטרודות
L= 1/Rונמדדת ביחידות של )ohm-1( ,S ,siemens
למה תמיסות מוליכות?
מוליכות זה יכולת של התמיסה להעביר זרם חשמלי.קטיונים ואניונים הם אלה
האחראים להעברת המטען החשמלי בתמיסות ,להבדיל ממתכות בהן הזרם
מועבר דרך תנועת האלקטרונים.
יכולת התמיסה להוליך תלויה במספר גורמים :ריכוז ,מוביליות היונים ,ערכיות
היונים ,טמפרטורה.
כיצד נראה תא מוליכות ?
תא המוליכות מכיל לרוב שתי אלקטרודות.
מדידת המוליכות מתבצעת עבור התמיסה הנמצאת בין שתי האלקטרודות.
האלקטרודות מחוברות אל מד המוליכות.
כל תא מוליכות מאופיין ע"י קבוע התא. σ ,
σ = l/A
אלקטרודו
ת
- lמרחק בין שתי אלקטרודות,
()cm
– Aשטח האלקטרודות)cm2( ,
– σקבוע התא) cm-1( ,
l
R ρ
A
ρהתנגדות ספציפית של תמיסה ( (ohm*cm
Rהתנגדות ((ohm
פתח
מילוי
נוסחאות הקשורות לנושא המוליכות
נציב את קבוע התא במשוואה של התנגדות ונקבל:
l
R ρ
ρσ
A
או:
1
1
R
ρσ
נגדיר κכמוליכות סגולית
=
לפיכך:
1
ρ
1
1
κ
R
σ
σ κR
אופן מדידת מוליכות בתמיסות:
במקרה של נגד מתכתי ההתנגדות נמדדת בטכניקה של זרם
ישיר: DC ,
על הנגד מופעל מתח ),(Vהמערכת מודדת את הזרם
במעגל ) ,(Iמתוך הנוסחה R=V/Iמחושב הערך של התנגדות.
האם ניתן ליישם טכניקה זו למדידת התנגדות של
תמיסות ?
למה לא ניתן למדוד מוליכות בזרם ? DC
ניזכר כיצד נראה תא
מוליכות:
המעגל החשמלי המתאר מערכת :
אלקטרודה 2
תמיסה
אלקטרודה
1
המעגל החשמלי של כל אלקטרודה מכיל קבל ונגד .מדידה של התנגדות באופן ישיר על ידי
הזרמה של זרם DCכפי שנעשה לנגד תגרום לפולריזציה של האלקטרודה (הצטברות מטען על
הקבל) ,מצב זה יפגע במדידה .לכן,המדידה מתבצעת בעזרת זרם חילופין .AC ,בשיטה הזאת
בפרקי זמן קצרים שהזרם מחליף את הקוטביות על הקבל ,המטען אינו מספיק להצטבר ובכך
מקבלים מדידה נכונה.
סך הכל ההתנגדות היא סכום של שלושת הנגדים :התמיסה ,אלקטרודה ,1ואלקטרודה .2
ההתנגדות של האלקטרודות זניחה יחסית להתנגדות של התמיסה ולפיכך אנו מזניחים ערך זה.
התנגדות לפיכך המתקבלת היא זו של התמיסה שאותה מודדים בפועל.
פעילות ליד האלקטרודות
כאשר עובדים בזרם ישיר ( )DCאז אלקטרודה אחת הופכת לחיובית והשנייה
לשלילית .לדוגמה ,בתמיסת ) HCl(aqיתרחשו התגובות הבאות:
קתודה (מקבלת אלקטרונים)
H2
אנודה (מוסרת אלקטרונים)
Cl2+2e
2H+ + 2e
2Cl-
בגלל שמדידת המוליכות מתבצעת לא בזרם ישיר ( ,)DCאלא בזרם חילופין
( , )ACהזרם החילופין משנה את כיוונו בתדירות גבוהה מאוד (אלפי פעמים
בשנייה) ,כך שלמעשה פעם האלקטרודה חיובית ופעם היא שלילית.
התוצאה :אין "מספיק זמן" לאלקטרודה לצבור מטען ,תהליך הפליטה של מימן
וכלור לא יתרחשו ליד האלקטרודות ,ובכך ע"י עבודה בזרם ACנמנעים
תהליכים שאינם רצויים.
דוגמאות עם תצוגה גרפית
דוגמה :1
טיטרציה של חומצה חזקה HClעם בסיס חזק NaOHבעל ריכוז גבוה
יותר מריכוז החומצה.
- λהתקדמות הטיטרציה ,כאשר:
λ =0תחילת הטיטרציה
end point λ =1של הטיטרציה
λ <1לאחר הend point -
λ ,שינויי ריכוזי היונים בתמיסה כפונקציה של התקדמות הטיטרציה
Concentration, M
2.00E-02
1.50E-02
Total
1.00E-02
Na+
Cl5.00E-03
OHH+
0.00E+00
0
0.5
1
Progress of titration
1.5
2
λ ,שינויי מוליכות היונים בתמיסה כפונקציה של התקדמות הטיטרציה
H+
2.00E-03
Total
1.00E-03
H
/cm
Conductivity, S
1.50E-03
OH-
Cl-
5.00E-04
Na+
0.00E+00
0
0.5
1
1.5
Progress of titration
2
דוגמאות עם תצוגה גרפית
דוגמה :2
טיטרציה של חומצה חלשה אצטית עם בסיס חזק NaOHבעל ריכוז גבוה
בהרבה יותר מריכוז החומצה.
- λהתקדמות הטיטרציה ,כאשר:
λ =0תחילת הטיטרציה
end point λ =1של הטיטרציה
λ <1לאחר לנקודת הend point -
λ ,שינויי ריכוזי היונים בתמיסה כפונקציה של התקדמות הטיטרציה
2.E-02
2.E-02
Total
2.E-02
Concentration, M
1.E-02
1.E-02
1.E-02
Na+
8.E-03
6.E-03
Ac4.E-03
2.E-03
OHH+
0.E+00
0
0.5
1
Progress of titration
1.5
2
λ ,שינויי מוליכות היונים בתמיסה כפונקציה של התקדמות הטיטרציה
1.6E-03
1.4E-03
Total
1.0E-03
OH -
8.0E-04
6.0E-04
Na+
/cm
Conductivity, S
1.2E-03
4.0E-04
Ac-
2.0E-04
H+
0.0E+00
0
0.5
1
1.5
Progress of titration
2
מציאת קבוע דיסוציאציה של חומצה חלשה
נתונה חומצה חלשה HXבעלת קבוע פירוק K
H+ + Xשיעור הפירוק αמוגדר על-ידי :
ולכן קבוע הפירוק:
HX
)L HX(measure d
Cx
α
)CHX L HX(100% ionized
α2
Ka
C
1 α
כיצד נשתמש במדידות מוליכות לצורך חישוב קבוע
הפירוק?
LHX(100% ionized)=LNaX+LHCl-LNaCl = =LNa++Lx-+LH++LCl--LNa+-LCl- = LH+ +Lxנחשב את LNaX+LHCl-LNaClמתוך הגרפים
הבאים:
מציאת קבוע דיסוציאציה של חומצה חלשה
מתוך הגרפיםLNaX+LHCl-LNaCl נחשב את
:הבאים
בלבדLHCl
בלבדLNaCl
H+
2.00E-03
Total
1.00E-03
H
/cm
Conductivity, S
1.50E-03
OH-
Cl-
5.00E-04
Na+
0.00E+00
0
0.5
1
1.5
Progre s s of titration
2
מציאת קבוע דיסוציאציה של חומצה חלשה
מתוך הגרפיםLNaX+LHCl-LNaCl נחשב את
:הבאים
בלבדLHX measured
בלבדLNaX
1.6E-03
1.4E-03
Total
1.0E-03
OH -
8.0E-04
6.0E-04
Na+
/
cm
Conductivity, S
1.2E-03
4.0E-04
Ac-
2.0E-04
H+
0.0E+00
0
0.5
1
1.5
Progress of titration
2
מציאת קבוע דיסוציאציה של חומצה חלשה
לסיכום:
לאחר הצבת ערכי המוליכות היונים השונים בנוסחה ניתן
לחשב את קבוע הפירוק של חומצה חלשה.