CHEM-C00 eillinen terdyniikk Työ 3: Heikn yksirvisen hpn hppvkin ääritys jhtkykyenetelällä Työhje
1 Jhdnt Olenninen er heikn j vhvn elektrlyytin välillä n niiden kyky udst inej liuksess. Vhvt elektrlyytit, esi. NCl j HCl, disssiituvt liuksess lähes täydellisesti, jllin inien knsentrti n surn verrnnllinen elektrlyytin knsentrtin. Heikt elektrlyytit pulestn disssituvt vin sittin, jten liuksess levien inien äärään rviiiseksi n trpeellist tietää disssitivki. Hpll tätä vkit kutsutn hppvkiksi. Sähköptentilin er s liuksess levt init liikkun. Tätä iliötä kutsutn iniseksi jhtvuudeksi. iuksen jhtvuus n verrnnllinen liuksess levien inien äärään, jten disssitiste vidn äärittää ittll elektrlyyttiliuksen vstus. Jhtkykyittukset vt herkkiä läpötiln vihtelulle sekä liuttien epäpuhtuksille, jten näytteet n terstitv j vlistettv hyvin puhdistettuun liuttieen. iuttien jhtvuus n hyvä trkist in erikseen. Etikkhpn disssiituinen vedessä n klssinen esierkki heikn elektrlyytin käyttäytyisestä. Tässä työssä ääritetään etikkhpn hppvki ittll lieiden etikkhppliusten jhtkykyä. Tereettinen trkstelu Heikk yksirvinen hpp disssiituu vedessä seurvsti D H + + A - (1) (1 ) Yhtälössä (1) n disssiituisste j hpn kknisknsentrti. Tään disssiituisen terdyninen tspinvki eli hppvki ääritellään seurvsti: = + H - A () 1
Aktiivisuus i vidn esittää ktiivisuuskertien i j knsentrtin i tuln i i = i (º = 1 l d -3 ) (3) i n krjuskerrin, jk kuv liuenneen ineen pikkeist idelisen liest liuksest. Yhtälöistä (1), () j (3) sdn hppvkille luseke + - + - H A H A = = (4) ( 1- ) jss = ( 1- ) (5) kutsutn usein knsentrtitspinvkiksi, vikk se ei lekn vki vn riippuu knsentrtist (näennäinen tspinvki). iuksen lietess kuitenkin lähestyy hppvkit. Hpn disssiituisste vidn rviid seurvn yhtälön vull (Arrhenius) = (6) jss n :n lrinen knduktiivisuus knsentrtiss j º n :n lrinen knduktiivisuus äärettöän liess liuksess. º sdn tulukist [1] j jhtkykyittuksist. iuksen resistnssi R ittn j yhtälön (7) vull vidn lske liuksen knduktiivisuus j edelleen edellyttäen, että jhtkykykennn kennvki k n tunnettu. k = = k R (7) Yhdistäällä yhtälöt (5) j (6) sdn nk. Ostwldin liennuslki = (8) ( - ) Hppvkin lusekkeess (4) esiintyvät ktiivisuuskertiet vidn lieille liuksille rviid yhtälöillä
ª 1 (9) j I ( + - ) = l10 ± = l ± = - A z+ z H A - l10 10 (10) jss A n vki, z + n ktinin j z - ninin vrus j I n liuksen inivhvuus. Yhtälö (10) n Debye-Hükelin rjlki, jk n viss vin hyvin lieiss liuksiss ( 0,01 l d -3 ). Vki A n 0,509 vedessä läpötilss 5 ºC. 1-1-rviselle hplle z + = z - = 1. Inivhvuus I sdn sun kikist liuksess esiintyvistä ineist seurvsti I = 1 zi i  (11) i jss z i n iniljin i vrus. 1-1-rviselle epätäydellisesti disssiituneelle hplle inivhvuus n I = 1 ( 1 + (-1) ) = (1) Ottll yhtälöstä (4) lriti j sijittll siihen yhtälöt (9), (10), (11) j (1) sdn Ê ˆ l10 = l10 Á - A (13) Ë Merkitään Ê p = -l10 j p Á = - Á 10 Ë Ë ˆ Ê ˆ l jllin yhtälö (13) s udn p Ê ˆ = pá + A (14) Ë 3
Hpn p sdn yhtälön (14) vull. ääritetään jhtkykyittuksist usell eri inivhvuudell j esitetään Ê ˆ p Á suureen Ë funktin. Stu funkti n sur knsentrtilueell, jss yhtälö (10) pitää pikkns. Sur leikk pisteessä p j sen kulkerrin n A. Ê p Á Ë ˆ -kselin 3 Työn suritus Tutkittvn hppn käytetään etikkhpp, jst tehdään seurvt liennukset 100 l pullihin: 0,05, 0,03, 0,0, 0,015, 0,01, 0,0075 j 0,005 l d -3. ähtöliuksen n 1 l d -3 etikkhpplius. Etikkhpplisäykset yös punnitn, jtt liuksen tdellinen knsentrti vidn trkist. sk jhtkyky n hyvin herkkä läpötillle, n ittusten tphduttv terstiduss stiss. eläpötiln pidetään 5 ºC. äpötiln vkiituist vi npeutt settll kikki liennkset terstitun keläpötiln ennen jhtkykyittrin klibrinti. Jhtkyvyn ittinen n leellisesti s kuin vstuksen ittinen. Työssä käytetään jhtkykyittri, jk ensin klibridn työpikll levien hjeiden ukisesti. ennvki k ääritetään klibrinnin yhteydessä. Jhtkykyittukset n prst tehdä littll lieist päästä (Miksi?). Esiterstidun liuksen ittisess n syytä dtt n. 5 in läpötiln stbilituist j uiss tpuksiss vielä pitepään. Sst liuksest tehdään in kksi ittust vihtll uusi liuserä ittkennn. un siirrytään uuteen knsentrtin, n itt-sti j -kenn huuhdeltv erittäin hulellisesti seurvll liuksell. Mittisest n työpikll trket hjeet. sk liennsten vlistiseen käytettävä vesi jht yös hiukn sähköä, n sen suus ittust knduktiivisuudest vähennettävä pis. Tää n erityisen tärkeätä 4
heikn elektrlyytin lieiss liuksiss. Työssä ittn lpuksi vielä erikseen käytetyn veden knduktiivisuus. 4 Tulsten käsittely sketn etikkhppliusten knsentrtit punnittu etikkhpplisäysten ssist. etulkset esitetään tulukitun:, vesi,,,,, Ê ˆ p Á. Sdn kksi Ë snutist tulukk, ksk tulkset lsketn sekä tviteknsentrtiiden että knsentrtiiden punnittu vull. tvite Ê ˆ p Á piirretään suureen Ë tinen p. punnittu funktin. Piirretään kksi kuvj, tinen tvite - j -rvist lskettujen suureiden vull. uvjien vull ekstrplidn 5 Virhetrkstelu p -rvjen virheet ääritetään reressinlyysin vull. 6 Tulsten trkstelu j jhtpäätökset Sdut p -rvt esitetään virheineen j niitä verrtn kirjllisuusrvn [1]. Arviidn liennusvirheiden vikutust tulksiin. 7 ähdeluettel 1. Fbriius, G., iukknen, S., Sundhl, G., Fysiklisen kein tulukit, 548, Ottiet, Helsinki 00. 5