Relazione laboratorio (conducibilità elettrica), Chimica fisica

MATERIALI E STRUMENTAZIONE:

Conduttimetro con ponte di Kohlrausch;

Termocriostato di precisione;

Termometro a mercurio;

Provettoni;

Soluzione 0.01M di KCl (2l);

Acido acetico glaciale (d = 1.049 g/ml)

HA

Matracci per la preparazione delle soluzioni.

PRINCIPIO DEL METODO:

Misurando il valore di conducibilità delle diverse soluzioni di acido acetico è possibile determinare

il valore del grado di dissociazione dell’acido stesso nonché il valore di Ka; infatti possiamo dire

che concettualmente la conducibilità non è altro che un indice del grado di mobilità degli ioni

presenti in soluzione. Dato che le soluzioni obbediscono alla legge di Ohm è possibile determinarne

facilmente la conducibilità attraverso misure di resistenza della stessa:

R = ρ l/A

Dove ρ è la resistenza specifica, e il rapporto l/A è la costante di cella (diversa per ogni

apparecchio).

La conducibilità (X) non è altro che l’inverso della resistenza (R) mentre la conducibilità specifica

(χ) è l’inverso della resistenza specifica. Quindi avremo:

χ = K * X

cella

Ora per determinare il grado di dissociazione α occorre calcolare la conducibilità equivalente (λ)

che deve essere normalizzata per la concentrazione: 3

χ∗10

λ= [ ]

M 3

Dove [M] è la molarità di ogni singola soluzione di acido acetico e il fattore 10 serve per passare

3

da cm a litri.

Infine se il grado di dissociazione (α) è di molto inferiore all’unità è possibile determinarlo

agevolmente utilizzando la relazione: α = λ/λ 0

λ è la conducibilità equivalente normalizzata per la concentrazione a diluizione infinita;

0

quest’ultimo dato di solito non è facilmente accessibile previa costruzione di apposito fitting

lineare. 1

Leonardo Calabresi RELAZIONE CONDUCIBILITA’ 20/02/2013

Conoscendo i valori di α e della concentrazione è poi possibile determinare il valore di Ka

dell’acido acetico che a 25 °C deve risultare costante e lo stesso per tutte le concentrazioni.

ELABORAZIONE DATI:

Prima di tutto calcolare la concentrazione delle cinque soluzioni di acido acetico; infatti sapendo

che la densità vale d = 1.049 g/ml avremo che la molarità sarà uguale a:

HA V V ml

∗d ∗1.049g/

HA HA HA

[ ]

M = =

V 2l∗60

∗PM

sol HA

Per determinare la costante di cella si utilizza la conducibilità misurata (X) della soluzione di KCl,

prendendo il valore della conducibilità specifica (χ)dalla letteratura:

−3

χ 1.408∗10 S/cm

χ=K → K=

∗X = -1

= 1,0476191 cm

cella KCl X −3

1.3440∗10 S

Conoscendo la costante di cella ora possiamo calcolare le conducibilità specifiche delle varie

soluzioni di acido moltiplicando la costante stessa con il valore misurato di conducibilità.

Per ottenere la conducibilità equivalente normalizzata per la temperatura basta utilizzare la

relazione: 3

χ∗10

λ= [ ]

M

In tabella sono riportati i valori calcolati per ognuna delle cinque soluzioni di acido acetico.

2

V (ml) [M ] (mol/l) X (S) χ (S/cm) λ (Scm /mol)

HA HA HA HA

-4 -4

1.00 0,0087417 1,4534*10 1,5226097*10 17,418

-4 -4

2.00 0,017483 2,1090*10 2,2094288*10 12,637

-4 -4

4.00 0,034967 2,9050*10 3,0433334*10 8,7035

-4 -4

6.00 0,052450 3,7470*10 3,9254289*10 7,4841

-4 -4

8.00 0,069933 4,1710*10 4,3696194*10 6,2483

Per calcolare α occorre estrapolare λ ; per

0

farlo si deve costruire un grafico λ[M] vs

1/λ : una volta eseguito il fitting il punto di

intercetta darà il valore di 1/λ .

0

1/λ (mol/S) λ[M] (S/l)

0,05741 0,15226 2

Leonardo Calabresi RELAZIONE CONDUCIBILITA’ 20/02/2013

0,07913 0,22094

0,11490 0,30433

0,13362 0,39254

0,16004 0,43696

Nel grafico, X corrisponde a λ

eq

1 =0,0041551

λ 0

Ora è possibile calcolare il grado di dissociazione utilizzando la relazione:

α = λ/λ 0

Grado diss. (α)

0,072373

0,052509

0,036164

0,031097

0,025962

Per determinare la costante dell’acido (Ka) è possibile ricorrere al coefficiente angolare della retta

di fitting; infatti utilizzando l’ equazione: [ ]

λ M

1 1

= +

λ λ K λ

0 a 0 1

m=

E sapendo che il coefficiente angolare della retta corrisponde a: 2

Ka λ 0

avremo: 1 1 −5

K = =4,7447∗10

0,34792 = → a

2 2

Ka λ 0,34792∗λ

0 0

PROCEDIMENTO, OSSERVAZIONI FINALI:

Preparare le soluzioni di acido acetico mettendo in ognuno dei sei matracci la quantità descritta e

portare a volume di 2 litri con acqua.

Ora si predispone il termocriostato alla temperatura di 25 °C e quando la temperatura dell’acqua si è

stabilizzata è possibile procedere con l’esperienza. Riempire il primo provettone con KCl e

3