קונדקטומטריה

1. קונדקטומטריה • קונדקטומטריה – שיטה אנליטית המבוססת על מדידות מוליכות בתמיסה • מוליכות (L) מוגדרת כיחס הפוך להתנגדות התמיסה בין שתי האלקטרודות R/1 L= ונמדדת ביחידות של siemens, S, (ohm-1) 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.

2. 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. אלקטרודות σ = l/A l-מרחק בין שתי אלקטרודות, (cm) A – שטח האלקטרודות, (cm2) σ – קבוע התא, (cm-1) פתח מילוי ρ התנגדות ספציפית של תמיסה ( (ohm*cm R התנגדות ((ohm

3. נוסחאות הקשורות לנושא המוליכות נציב את קבוע התא במשוואה של התנגדות ונקבל: או: נגדיר κ כמוליכות סגולית = לפיכך:

4. אופן מדידת מוליכות בתמיסות: במקרה של נגד מתכתי ההתנגדות נמדדת בטכניקה של זרם ישיר, DC : על הנגד מופעל מתח (V),המערכת מודדת את הזרם במעגל(I) , מתוך הנוסחה R=V/I מחושב הערך של התנגדות. האם ניתן ליישם טכניקה זו למדידת התנגדות של תמיסות ?

5. 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 DC כפי 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 1, ואלקטרודה 2. ההתנגדות של האלקטרודות זניחה יחסית להתנגדות של התמיסה ולפיכך אנו מזניחים ערך זה. התנגדות לפיכך המתקבלת היא זו של התמיסה שאותה מודדים בפועל.

6. פעילות ליד האלקטרודות כאשר עובדים בזרם ישיר (DC) אז אלקטרודה אחת הופכת לחיובית והשנייה לשלילית. לדוגמה, בתמיסת HCl(aq) יתרחשו התגובות הבאות: קתודה (מקבלת אלקטרונים)H22H+ + 2e אנודה (מוסרת אלקטרונים) 2Cl- Cl2+2e בגלל שמדידת המוליכות מתבצעת לא בזרם ישיר (DC), אלא בזרם חילופין (AC) , הזרם 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 AC נמנעים תהליכים שאינם רצויים.

7. דוגמאות עם תצוגה גרפית דוגמה 1: טיטרציה של חומצה חזקה HCl עם בסיס חזק NaOH בעל ריכוז גבוה יותר מריכוז החומצה. λ - התקדמות הטיטרציה, כאשר: 0= λ תחילת הטיטרציה 1= λend point של הטיטרציה 1< λ לאחר ה- end point

8. שינויי ריכוזי היונים בתמיסה כפונקציה של התקדמות הטיטרציה, λ

9. שינויי מוליכות היונים בתמיסה כפונקציה של התקדמות הטיטרציה, λ

10. דוגמאות עם תצוגה גרפית דוגמה 2: טיטרציה של חומצה חלשה אצטית עם בסיס חזק NaOH בעל ריכוז גבוה בהרבה יותר מריכוז החומצה. λ - התקדמות הטיטרציה, כאשר: 0= λ תחילת הטיטרציה 1= λend point של הטיטרציה 1< λ לאחר לנקודת ה- end point

11. שינויי ריכוזי היונים בתמיסה כפונקציה של התקדמות הטיטרציה, λ

12. שינויי מוליכות היונים בתמיסה כפונקציה של התקדמות הטיטרציה, λ

13. מציאת קבוע דיסוציאציה של חומצה חלשה נתונה חומצה חלשה HX בעלת קבוע פירוק K HX H+ + X- שיעור הפירוק α מוגדר על-ידי : ולכן קבוע הפירוק: כיצד נשתמש במדידות מוליכות לצורך חישוב קבוע הפירוק? LHX(100% ionized)=LNaX+LHCl-LNaCl = =LNa++Lx-+LH++LCl--LNa+-LCl- = LH+ +Lx- נחשב את LNaX+LHCl-LNaCl מתוך הגרפים הבאים:

14. מציאת קבוע דיסוציאציה של חומצה חלשה נחשב את LNaX+LHCl-LNaCl מתוך הגרפים הבאים: LHCl בלבד LNaCl בלבד

15. מציאת קבוע דיסוציאציה של חומצה חלשה נחשב את LNaX+LHCl-LNaCl מתוך הגרפים הבאים: LHX measured בלבד LNaX בלבד

16. מציאת קבוע דיסוציאציה של חומצה חלשה לסיכום: לאחר הצבת ערכי המוליכות היונים השונים בנוסחה ניתן לחשב את קבוע הפירוק של חומצה חלשה.