Ενότητα: Αγωγιμομετρικές Τιτλοδοτήσεις Διδάσκοντες: Σογομών Μπογοσιάν, Καθηγητής Αλέξανδρος Κατσαούνης, Επίκουρος Καθηγητής Δ. Σωτηροπούλου, Εργαστηριακό.

Παρουσίαση με θέμα: "Ενότητα: Αγωγιμομετρικές Τιτλοδοτήσεις Διδάσκοντες: Σογομών Μπογοσιάν, Καθηγητής Αλέξανδρος Κατσαούνης, Επίκουρος Καθηγητής Δ. Σωτηροπούλου, Εργαστηριακό."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Ενότητα: Αγωγιμομετρικές Τιτλοδοτήσεις Διδάσκοντες: Σογομών Μπογοσιάν, Καθηγητής Αλέξανδρος Κατσαούνης, Επίκουρος Καθηγητής Δ. Σωτηροπούλου, Εργαστηριακό Διδακτικό Προσωπικό Τμήμα: Χημικών Μηχανικών

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Αναφορά, Απαγόρευση Παράγωγων Έργων

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Πατρών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

4 AΓΩΓΙΜΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΤΙΤΛΟΔΟΤΗΣΕΙΣ

5 ΣΚΟΠΟΣ Ο προσδιορισμός του τελικού σημείου τιτλοδότησης ενός διαλύματος από την παρακολούθηση των μεταβολών της αγωγιμότητας ενός διαλύματος. Υπολογισμός συγκεντρώσεων διαλυμάτων

6 ΘΕΩΡΙΑ Αγωγοί Ηλεκτρικού ρεύματος Ηλεκτρόνια Ηλεκτρολυτικοί Μεταλλικοί Ιόντα

7 Αντίσταση ενός διαλύματοςR = ρ l A AγωγιμότηταG = (Siemens) 1 R G = 1 ρ A l = κ A l l A Σταθερά της κυψελίδας Κ (cm -1 ) Γραμμομοριακή Αγωγιμότητα Λ Ορίσθηκε έτσι ώστε να είναι ανεξάρτητη από τη συγκέντρωση του διαλύματος Η αγωγιμότητα ενός ορισμένου όγκου διαλύματος, το οποίο περιέχει ένα mole διαλυμένης ουσίας και το οποίο βρίσκεται μεταξύ δύο παραλλήλων ηλεκτροδίων που απέχουν μεταξύ τους 1 cm και είναι τόσο μεγάλα ώστε να περιέχουν όλο τον όγκο του διαλύματος. εξαρτάται από τη συγκέντρωση του διαλύματος ειδική αγωγιμότητα

8 δ. HCl C 1 Λ 1 δ. HCl C 3 Λ 3 δ. ΗCl C 2 Λ 2 C 1 ≠ C 2 ≠ C 3 Θα έπρεπε Λ 1 = Λ 2 = Λ 3 Όμως Λ 1 ≠ Λ 2 ≠ Λ 3 Γιατί???

9 ΘΕΩΡΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΕΛΞΗΣ Αναφέρεται στις δυνάμεις μεταξύ των ιόντων. Σύμφωνα με αυτή κάθε ιόν στο διάλυμα περιβάλλεται από αντίθετα φορτισμένα ιόντα. Η ιοντική αυτή ατμόσφαιρα έχει δυο επιδράσεις που ελαττώνουν την κινητικότητα του ιόντος. Ασύμμετρη επίδραση ή επίδραση επαναφοράς. Η ιοντική ατμόσφαιρα με την εφαρμογή ηλεκτρικού πεδίου κινείται σε αντίθετη κατεύθυνση από το κεντρικό ιόν, με αποτέλεσμα τη συνεχή διάσπαση και επανασύστασής της. Αυτό προκαλεί παραμόρφωση της συμμετρικής μορφής της σε ασύμμετρη. Το κεντρικό ιόν γίνεται έκκεντρο και έλκεται από την ιοντική ατμόσφαιρα αντίθετα από την κατεύθυνση της κίνησής του. Ηλεκτροφορητική επίδραση. Η ιοντική ατμόσφαιρα περιλαμβάνει και μόρια διαλύτη λόγω εφυδάτωσης των ιόντων, τα οποία υπό την επίδραση του πεδίου κινούνται αντίθετα από το κεντρικό ιόν και παρεμποδίζουν την κίνησή του. Επομένως, με βάση τα προαναφερθέντα, όταν η συγκέντρωση ελαττώνεται, η ιοντική ατμόσφαιρα μικραίνει και η ευκινησία του ιόντος μεγαλώνει.

10 Σε άπειρη αραίωση οι αλληλεπιδράσεις των ιόντων εξαφανίζονται και το διάλυμα αποκτά τη μεγαλύτερη γραμμομοριακή αγωγιμότητα Λ ∞. Η ολική γραμμομοριακή αγωγιμότητα Λ ∞ ενός διαλύματος είναι το άθροισμα των επί μέρους γραμμομοριακών αγωγιμοτήτων που υπάρχουν στο διάλυμα. Τιμές γραμμομοριακών αγωγιμοτήτων διάφορων ιόντων σε άπειρη αραίωση υπάρχουν στη βιβλιογραφία. Γραμμομοριακές αγωγιμότητες ιόντων σε άπειρη αραίωση στο νερό στους 25 °C ( S cm 2 mol -1 ) ΚατιόνταΑνιόντα H+H+ 349.8 OH - 198.6 Li + 38.6F-F- 55.4 Na + 50.1Cl - 76.4 K+K+ 73.5Br - 78.1 Rb + 77.8I-I- 76.8 Ag + 61.9NO 3 - 71.4 -

11 Αγωγιμότητα αριθμός ιόντων είδος ιόντων κινητικότητα είδος διαλύτη εφαρμοζόμενη τάση Αριθμός ιόντων συγκέντρωση διαλύματος βαθμός ιονισμού θερμοκρασία Ευκινησία ιόντων λόγο φορτίο/όγκο ιόντος μηχανισμό κίνησης συγκέντρωση θερμοκρασία εξαρτάται από

12 ΚΥΨΕΛΙΔΕΣ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑΣ Χρησιμοποιούνται στην πράξη για τη μέτρηση της ειδικής ή της γραμμοριακής αγωγιμότητας ή απλώς για τη μέτρηση της αγωγιμότητας ενός διαλύματος. Οι περισσότερες από αυτές χρησιμοποιούν ηλεκτρόδια από λευκόχρυσο επιφάνειας 1 cm 2 που απέχουν 1 cm.

13 AΓΩΓΙΜΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΤΙΤΛΟΔΟΤΗΣΕΙΣ ΤΙΤΛΟΔΟΤΗΣΗ Προσδιορισμός τελικού σημείου κάποιας αντίδρασης Καμπύλη μεταβολής κάποιου μεγέθους Μεταβολή της αγωγιμότητας ΑΓΩΓΙΜΟΜΕΤΡΙΚΗ ΤΙΤΛΟΔΟΤΗΣΗ αντιδράσεις εξουδετέρωσης αντιδράσεις καταβύθισης αντιδράσεις συμπλοκοποίησης

14 H + + Cl - + Na + + OH - → Na + + Cl - + H 2 O Αγωγιμομετρική καμπύλη τιτλοδότησης ισχυρού οξέος από ισχυρή βάση

15 CH 3 COOH + H 2 O ↔ CH 3 COO - + H 3 O + CH 3 COO - + H + + Na + + OH - → CH 3 COONa + H 2 O CH3COONa → CH3COO- + Na + Αγωγιμομετρικές καμπύλες τιτλοδότησης ασθενών οξέων από ισχυρή βάση

16 Αγωγιμομετρικές καμπύλες τιτλοδότησης μίγματος ισχυρού οξέος με ασθενές οξύ από ισχυρή βάση

17 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ Για την πραγματοποίηση της άσκησης χρησιμοποιούνται τα παρακάτω όργανα και αντιδραστήρια Αγωγιμόμετρο Αγωγιμομετρική κυψελίδα Προχοϊδα των 50 ml Μαγνητικός αναδευτήρας Διάλυμα ΗCl 0.1 N Διάλυμα ΝαΟΗ 0.1Ν Διάλυμα CH 3 COOH 0.1N Σιφώνια, ποτήρια ζέσεως και ογκομετρικοί κύλινδροι

18

19 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Τιτλοδότηση διαλύματος HCl από διάλυμα ΝaOH 0.1 N Προσδιορισμός της συγκέντρωσης του διαλύματος HCl. Τιτλοδότηση διαλύματος CH 3 COOH από διάλυμα ΝaOH 0.1 N Προσδιορισμός της συγκέντρωσης του διαλύματος CH 3 COOH Τιτλοδότηση μίγματος HCl 0.1Ν και CH 3 COOH 0.1 N από διάλυμα ΝαΟΗ 0.1Ν. Προσδιορισμός της % κ.ο. σύστασης του μίγματος των δύο οξέων. Κατά τη διάρκεια των παραπάνω τιτλοδοτήσεων καταγράφεται η αγωγιμότητα του τιτλοδοτούμενου διαλύματος μετά την προσθήκη 1ml δ. ΝaΟΗ και για συνολικά 20 ml διαλύματος.

20 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ Και για τις τρεις τιτλοδοτήσεις γίνεται γραφική παράσταση της αγωγιμότητας του τιτλοδοτούμενου διαλύματος σε συνάρτηση με τον όγκο δ. ΝaOH. Από τη γραφική απεικόνιση προσδιορίζεται το σημείο εξουδετέρωσης. Στη συνέχεια με κατάλληλους υπολογισμούς προσδιορίζονται οι ζητούμενες συγκεντρώσεις και συστάσεις.

21 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ P.W. Atkins, in «Physical Chemistry”, 3th Ed., Oxford Student Edition, G.B., 1986, Chapt.27. R.C.Das and B. Behera in “Experimental Physical Chemistry”, Tata McGraw-Hill Publishing Co, New Delphi, 1983, Chap.12. Κ. Τσιτσιλιάνης, «Σημειώσεις Εργαστηρίου Φυσικοχημείας και Υλικών ΙΙ», Πάτρα 1990.

22 ΤΕΛΟΣ ΕΝΟΤΗΤΑΣ