OCENA CZYSTOŚCI WODY NA PODSTAWIE POMIARÓW PRZEWODNICTWA. OZNACZANIE STĘŻENIA WODOROTLENKU SODU METODĄ MIARECZKOWANIA KONDUKTOMETRYCZNEGO

Transkrypt

1 OCENA CZYSTOŚCI WODY NA PODSTAWIE POMIAÓW PZEWODNICTWA. OZNACZANIE STĘŻENIA WODOOTLENKU SODU METODĄ MIAECZKOWANIA KONDUKTOMETYCZNEGO Instrukcja do ćwiczeń opracowana w Katedrze Chemii Środowiska Uniwersytetu Łódzkiego.. Wprowadzenie.. Przewodnictwo elektrolitów Według prawa Ohma, opór () przewodnika zależy od jego długości (l), przekroju (s) i rodzaju materiału, z którego wykonano przewodnik: gdzie: l s [ ] () jest tzw. oporem właściwym, charakteryzującym dany materiał. Jest to opór, jaki stawia prądowi przewodnik o długości l = cm i przekroju s = cm 2. s l [ cm] (2) W przypadku elektrolitów korzystamy nie z oporu, a z przewodnictwa elektrycznego G, które jest odwrotnością oporu: G (3) Jednostką przewodnictwa jest simens ( S = - ]. Przewodnictwem właściwym ( ) nazywamy odwrotność oporu właściwego: l s [S cm - ] (4) Jest to przewodnictwo słupa elektrolitu o długości l = cm i przekroju s = cm 2. Przewodnictwo właściwe elektrolitu w danej temperaturze jest funkcją stężenia. W roztworach rozcieńczonych wartość zwiększa się niemal liniowo ze wzrostem stężenia (ys. ). Obserwowany zawsze w obszarze małych stężeń wzrost przewodnictwa właściwego jest wynikiem zwiększania się liczby jonów przypadających na jednostkę objętości roztworu.

2 ys.. Zależność przewodnictwa właściwego od stężenia w rozcieńczonych wodnych roztworach elektrolitów - CO 2 ; 2 - Na 2 SO NaCl; 4 - MgCl KOH; 6 - NaOH 7 - NH 3 (t = 8 C) Kohlrausch (898) wprowadził pojęcie przewodnictwa równoważnikowego, które umożliwia porównywanie przewodnictwa różnych elektrolitów: 000 c gdzie c jest stężeniem substancji w gramorównoważnikach na litr roztworu. Przewodnictwo równoważnikowe zmienia się nieco ze zmianą stężenia roztworu, np. dla wszystkich elektrolitów przewodnictwo równoważnikowe zwiększa się podczas rozcieńczania wskutek wzrostu dysocjacji i osiąga wartość maksymalną dla całkowitej dysocjacji, tzn. dla roztworów nieskończenie rozcieńczonych. Dla roztworów takich przewodnictwo równoważnikowe osiąga pewną wartość graniczną, którą określamy jako graniczne przewodnictwo równoważnikowe i oznaczamy symbolem Graniczne przewodnictwo równoważnikowe jest równe sumie granicznych przewodnictw jonowych kationu i anionu w rozcieńczeniu nieskończenie wielkim:. (5) KA K A.2. Metoda oznaczania Ciała rozpuszczone w wodzie można oznaczać bardzo szybko przez pomiar przewodnictwa właściwego wody. Dla wód słabo zmineralizowanych przewodnictwo wody jest proporcjonalne do zawartości substancji rozpuszczonych (elektrolitów) w wodzie. Związki organiczne i koloidowa krzemionka nie biorą udziału w przewodzeniu prądu. 2

3 Natomiast dwutlenek węgla i amoniak rozpuszczone w wodzie powodują wzrost przewodnictwa. Ćwiczenie ma na celu ilościowe oznaczenie wodorotlenku sodu w roztworze oraz porównanie czystości różnych próbek wody z wartością obliczoną teoretycznie na podstawie prawa Kohlrauscha. Wartość przewodnictwa właściwego najczystszej wody obliczona teoretycznie wynosi 5,49x0-8 S cm - (w temp. 20 C), a znaleziona doświadczalnie 5,50x0-8 S cm -. Ilościowe oznaczenie wodorotlenku sodu prowadzi się metodą miareczkowania konduktometrycznego stosując, jako odczynnik miareczkujący, mianowany roztwór kwasu solnego. 2. Odczynniki i aparatura - roztwór kwasu solnego o stężeniu 0, mol/dm 3 - konduktometr HACH model Budowa i obsługa aparatu 3.. Opis regulatorów pracy przyrządu (ys. 2) 3

4 - wyświetlacz - wskazuje wartości pomiaru; odczyt może być w ms/cm, S/cm dla pomiaru przewodnictwa; w g/l i mg/l całkowitej zawartości rozpuszczonych substancji stałych (stężenie roztworu) lub w C dla pomiaru temperatury zależnie od wybranej funkcji i zakresu. Na wyświetlaczu ukazuje się wskaźnik LO BAT, kiedy wymagana jest wymiana baterii 2 - przycisk o zakresie 20 - zakres przewodnictwa 20 ms/cm lub stężenia rozpuszczonych substancji stałych 20 g/l 3 - przycisk 2 - zakres 2 ms/cm lub 2 g/l 4 - przycisk zakres 200 S/cm lub 200 mg/l 5 - przycisk TDS - wybiera pomiar całkowitego stężenia substancji rozpuszczonych 6 - przycisk CND - wybiera pomiar przewodnictwa właściwego 7 - przycisk C - pomiar temperatury 8 - przycisk zasilania - włączenie (I) i wyłączenie (O) aparatu 9 - CAL - używany do kalibracji stałej, nastawiania kompensacji wahań charakterystyki sondy Obsługa aparatu. Naciśnij przycisk POWE I i przycisk CND. Sprawdź czy nie pojawia się LO BAT. 2. Wybierz odpowiedni zakres. Jeżeli jest on nieznany zacznij od największego. 3. Umieść sondę w roztworze próbki. Zanurz końcówkę do (lub nad) otworu i mieszaj pionowo, aby się upewnić, że nie ma pęcherzyków powietrza wewnątrz sondy. Poczekaj chwilę dla sprawdzenia stabilizacji. Jeśli odczyt zmniejsza się wybierz niższy zakres. 4. Po każdym pomiarze (przy zmianie roztworu) spłukaj sondę wodą destylowaną. 4. Wykonanie ćwiczenia. Z otrzymanego do analizy roztworu pobrać 50 ml i przenieść do naczynia konduktometrycznego o objętości 00 ml. 2. Umieścić w naczyniu konduktometrycznym mieszadełko elektromagnetyczne i uruchomić, regulując szybkość mieszania roztworu. 3. Zanurzyć w badanym roztworze elektrodę i odczytać wartość przewodnictwa przy wyłączonym mieszaniu). 4. Dodawać z biurety po 0,5 ml kwasu solnego o stężeniu 0, mol/l, mieszając roztwór po dodaniu każdej porcji przez 0,5 min. 4

5 5. Odczytać wartość przewodnictwa po dodaniu każdej porcji kwasu solnego (przy wyłączonym mieszaniu) i wyniki miareczkowania umieścić w tabeli, ujmującej liczbę ml HCl i odpowiadającą jej wartość przewodnictwa. 6. Miareczkowanie prowadzić do 4-5 punktów po przekroczeniu punktu końcowego. Wykonać 4 próby miareczkowania. V HCl [ml] przewodnictwo odczytane poprawka (p) poprawiona wartość przewodnictwa 7. Zmierzyć przewodnictwo właściwe : a) wody dejonizowanej, b) wody destylowanej, c) wody wodociągowej, d) kwasu solnego o stężeniu 0, mol/l. 5. Opracowanie wyników. Obliczyć poprawki zgodnie z wzorem: p V V V 2 gdzie: p - poprawka na zmianę objętości; V - objętość roztworu pobranego do miareczkowania V 2 - objętość dodanego odczynnika miareczkującego 2. Wykreślić krzywe miareczkowania konduktometrycznego, dla każdego miareczkowania, w układzie χ = f (V HCl ). Poprawioną wartość przewodnictwa (χ ) obliczyć ze wzoru: χ = χ * p 3. Znaleźć punkt końcowy miareczkowania na każdym z wykresów. 5. Obliczyć stężenie wodorotlenku sodowego dla każdego pomiaru (w mol/l oraz w mg/l), wyliczyć średnią. 6. Zinterpretować przebieg krzywej miareczkowania, uwzględniając reakcje zachodzące w roztworze. 7. Porównać i zinterpretować zmierzone wartości przewodnictwa właściwego wody (o różnej czystości), HCl o stężeniu 0, mol/l i NaOH (o stężeniu oznaczonym w ćwiczeniu). Literatura Cygański A.: Metody elektroanalityczne, Wyd. 2. Warszawa, WNT 995, rozdz. 2., 2.2, 2.3,