I. Cel ćwiczenia:

   Celem ćwiczenia jest głębsze zrozumienie zagadnienia dysocjacji w elektrolitach słabych i mocnych, oraz zależności stopnia dysocjacji od stężenia roztworu. Głębsze zrozumienie prawa rozcieńczeń Ostwalda i prawa działania mas oraz ich ograniczonej stosowalności. Opanowanie materiału w zakresie absorpcji światła w roztworach. Teoretyczne i praktyczne opanowanie metody kolorymetrycznej.

II. Definicje:

Dysocjacja: rozpad cząsteczek związku chemicznego na prostsze rodzaje chemiczne: atomy, jony, prostsze cząsteczki, wolne rodniki.

Dysocjacja elektrolityczna: jest rozpadem elektroobojętnych cząsteczek elektrolitu na jony (aniony i kationy). Dysocjacja elektrolityczna jest procesem równowagowym, stała dysocjacja elektrolityczna nie zależy od stężenia elektrolitu.

Dysocjacja termiczna: następuje pod wpływem odpowiednio wysokiej temperatury, ulegają jej wszystkie związki chemiczne.

Stopień dysocjacji: elektrolitycznej dla danego elektrolitu w roztworze (α), definiowany jako jest to stosunek cząsteczek (moli) zdysocjowanych (c) do liczby cząsteczek (moli) wprowadzonych pierwotnie do roztworu (co):

a= c / co                                                                (1)

wpływa na wartość przewodnictwa elektrycznego roztworu i jest podstawą klasyfikacji elektrolitów na mocne (α ≅ 1) i słabe (α«1).

Elektrolity mocne: sole, wodorotlenki I i II grupy, kwasy HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4, HClO4

Pozostałe elektrolity są słabe. Np. kwas borowy, H3BO3, należy do elektrolitów słabych.

Stopień dysocjacji elektrolitycznej zależy od:

                           ¨ rodzaju elektrolitu i rozpuszczalnika;

                           ¨stężenia roztworu, (maleje ze wzrostem stężenia);

                           ¨ temperatury, (na ogół nieznacznie wzrasta ze wzrostem temperatury);

                           ¨ siły jonowej roztworu.

                           ¨obecności innych substancji w roztworze

Stała dysocjacji - wynika z prawa działania mas. Stałe dysocjacji okreslają równowagę między jonami i niezdysocjowanymi cząsteczkami - są wielkościami charakterystycznymi dla elektrolitów słabych.

                                                        (2)

Przykład:            CH3COOH + H2O <=> H3O+ + CH3COO-

Dla wyżej napisanego przykładu równanie na stałą dysocjacji ma postać:

Kc = [H3O+] * [CH3COO-] / [CH3COOH]

Stopień dysocjacji i stała dysocjacji są wzajemnie ze sobą powiązane zgodnie z

Prawem rozcieńczeń Oswalda: /Ostwald Wilhelm (1853-1932),; 1888r/.

   Stopień dysocjacji słabego elektrolitu wzrasta wraz z rozcieńczaniem jego roztworu . Wyrażenie podające stopień dysocjacji elektrolitycznej słabego elektrolitu. Gdy słaby kwas dysocjuje w wodzie:

HAÛH+ + A–,

stała dysocjacji elektrolitycznej Ka dana jest wzorem:

Ka = a2n/(1 – a)V,                                       (3)

gdzie:

·         K - stała dysocjacji;

·         a - stopień dysocjacji elektrolitu;

·         cm - stężenie molowe roztworu elektrolitu;

·         n - początkowa ilość substancji (przed dysocjacją);

·         V objętość.

Jeżeli a jest małe w porównaniu z 1, to a2 = KaV/n, czyli stopień dysocjacji jest proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego z rozcieńczenia. Prawo to jako pierwszy sformułował Wilhelm Ostwald (1853–1932) w wyniku badań przewodnictwa elektrycznego roztworów elektrolitycznych.

Prawo działania mas: /Guldberg Cato Maksymilian (1836-1902) ,Waage Peter (1833-1900),; 1864r/. (zwane prawem równowagi chemicznej). Stosunek iloczynu stężeń molowych substancji reagujących w jednym kierunku( reakcji prostej) do iloczynu stężeń molowych substancji reagujących w kierunku przeciwnym (w reakcji odwrotnej) jest w stanie równowagi chemicznej wielkością stałą w stałej temperaturze." A oto wyrażenie matematyczne służące obliczeniu stężeniowej stałej równowagi chemicznej, dla przemiany opisanej następującym równaniem ogólnym : A + B = C + D

                                                    (4)  

gdzie:

·         k1 i k2 - stałe szybkości reakcji prostej i odwrotnej;

·         (A),(B),(C),(D)- równowagowe stężenia molowe reagentów.

Ekstynkcja: synonim absorbancji,  Eλ, wielkość fotometryczna opisująca osłabienie strumienia promieniowania monochromatycznego przechodzącego przez ośrodek,

Eλ= ln(Φi/Φe) λ,                                       (5)

gdzie: Φi, Φe odpowiednio strumień padający i wychodzący z ośrodka, indeks λ oznacza długość fali promieniowania.

Terminem ekstyncji opisuje się również samo zjawisko osłabienia strumienia promieniowania w ośrodku. Ekstyncja w atmosferze ziemskiej jest bardzo zróżnicowana. Dla światła widzialnego i fal UKF atmosfera jest przezroczysta, dla fal długich, średnich i krótkich nieprzezroczysta jest jonosfera, ultrafiolet pochłaniany jest prawie całkowicie głównie w stratosferze (warstwa ozonowa), atmosfera pochłania też promieniowanie podczerwone (w troposferze).

W przestrzeni międzygwiazdowej zjawisko ekstyncji, występujące silniej w płaszczyźnie równika galaktycznego, prowadzi do poczerwienienia obserwowanego światła gwiazd na skutek rozpraszania światła na pyle międzygwiezdnym.

Prawo Bouguera–Lamberta: (Pierre'a Bouguera (1698–1758) oraz Johanna Heinricha Lamberta (1728–77). )

   Natężenie I światła (lub innego promieniowania elektromagnetycznego) maleje wykładniczo z odległością d, na jaką wchodzi ono do ośrodka pochłaniającego, czyli:

                           I = I0e^-kx                                                        (6)

gdzie:

· I – natężenie światła przechodzącego;

· I0 – natężenie światła padającego;

· k - naturalny współczynnik absorpcji;

· x - grubość absorbującej warstwy roztworu,.

Równanie Lamberta-Beera:

                                                               (7)     

gdzie:

· E=log(I0/I) – ekstynkcja (absorbancja),

· g = E/xc – molowy współczynnik ekstynkcji [dm3/(mol cm)],

...