Leitfähigkeitsprüfer 44535.00

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Leitfähigkeitsprüfer
44535.00
Betriebsanleitung
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1. ZWECK UND BESCHREIBUNG
Der Leitfähigkeitsprüfer 44535.00 dient zum Vergleich von
Leitfähigkeiten elektrolytischer Lösungen. Es lassen sich
z.B. die Konzentrations- und die Temperaturabhängigkeit
der elektrolytischen Leitfähigkeit untersuchen sowie auch
die Leitfähigkeiten äquinormaler Lösungen verschiedener
Elektrolyte vergleichen. Indirekt kann auch aus dem Gang
der Leitfähigkeit während eines Versuches auf den Ablauf
chemischer Reaktionen geschlossen werden.
Der wesentliche Teil des Leitfähigkeitsprüfers ist eine kleine
Elektrolytzelle 1 mit konstanter Geometrie: Als freiliegende
Elektroden sind zwei parallel verlaufende Platindrähte mit
2,5 mm Abstand in einen Glasrahmen eingeschmolzen, der
sich an der Spitze eines Glasschaftes 2 befindet.
Zwei isolierte Kupferdrähte im Innern des Schaftes stellen
die leitende Verbindung zwischen den Elektroden und den
4-mm-Steckern der aus dem Griff 3 herausgeführten Anschlußleitung 4 her. Die Hülse 5 dient zum Schutz des Leitfähigkeitsprüfers bei Nichtgebrauch.
2. MESSPRINZIP
Für den elektrischen Widerstand R=U/I eines zylinderförmigen Elektrolytvolumens, das in Richtung der Zylinderachse vom Strom durchflossen wird, gilt - wie bei metallischen Leitern - die Beziehung:
mit
R = kρ,
(1)
k = l/q
(2)
Hierbei ist ρ der spezifische Widerstand, l die Länge und q
der Querschnitt des Elektrolytvolumens. Die durch die Geometrie der Zelle bestimmte Größe k heißt Zellkonstante.
Es ist bei Elektrolyten üblich, mit den Kehrwerten von R und
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ρ, d.h. dem Leitwert G=1/R und der Leitfähigkeit κ =1/ρ zu
arbeiten. Gl. (1) lautet dann:
κ = kG, mit G= I/U
(3)
Gl. (3) gilt auch für Zellen beliebiger Gestalt, bei denen die
Konstante k nicht mehr in so einfacher Weise wie in Gl. (2)
aus der Geometrie der Zelle errechnet werden kann.
Zum Vergleich von Leitfähigkeiten, wofür der Leitfähigkeitsprüfer vorgesehen ist, bedarf es jedoch der Kenntnis von
k nicht.*
Damit das Meßergebnis verfälschende Polarisationsspannungen an den Elektroden möglichst weitgehend unterdrückt werden, muß bei Leitfähigkeitsmessungen mit
Wechselstrom gearbeitet werden. Im allgemeinen ist es
hierbei ausreichend, technischen Wechselstrom (50 Hz)
von einem Kleinspannungstransformator zu benutzen.
3. HANDHABUNG
3.1 Warnhinweise
Bei Leitfähigkeitsmessungen in Lösungen, die Chlorionen
enthalten (Salzsäure HCI, Kochsalz NaCI usw.), bildet sich
Chlorgas (Chlor in statu nascendi), welches das Elektrodenmaterial Platin etwas angreift. Bei Leitfähigkeitsmessungen in chlorionenhaltigen Lösungen ist deshalb zur
Schonung der Elektroden die Meßspannung klein (≤ 2 V~)
zu halten und außerdem die Dauer des Versuchs auf die
unbedingt erforderliche Zeit zu beschränken.
Das Abziehen der Schutzhülse vom Leitfähigkeitsprüfer
* Falls aus besonderen Gründen die Kenntnis von k gewünscht wird, muß
dieses durch Messung an einem Elektrolyten bekannter Leitfähigkeit für
das benutzte Exemplar des Leitfähigkeitsprüfers experimentell ermittelt werden. Hierfür eignet sich eine KCI-Lösung, die z.B. für 0,001 molare Konzentration bei 25°C die Leitfähigkeit =0,0147 Ω-1m -1 besitzt.
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Abb.2: Der Leitfähigkeitsprüfer im Versuchsaufbau zur Messung der Leitfähigkeit eines Elektrolyten.
muß in Achsrichtung des Glasschaftes bis zur völligen Freigabe der an der Schaftspitze befindlichen Elektrolytzelle
vorgenommen werden; zu frühes Abwinkeln beim Abziehen
kann zu Glasbruch führen.
3.2 Aufbau
Der Leitfähigkeitsprüfer wird zweckmäßig an einem Stativ
gehaltert, vgl. Abb. 2. Muß der Leitfähigkeitsprüfer aus Versuchsgründen durch die Bohrung eines Gummistopfens geführt werden (z.B. in Anordnungen für chemische Untersuchungen), so ist es ratsam, dabei die Bohrung mit Glycerin
oder Paraffin zu benetzen, um Glasbruch zu vermeiden.
Man beachte, daß die elektrolytische Leitfähigkeit temperaturabhängig ist; im allgemeinen nimmt sie mit steigender
Temperatur zu.
Aus Sicherheitsgründen darf auf keinen Fall mit Netzspannung gearbeitet werden, auch nicht über einen
Spannungsteiler.
Die Strom- und Spannungsmeßbereiche sind den Versuchsbedingungen anzupassen. Im allgemeinen empfiehlt
es sich, mit Stromstärken I < 10 mA zu arbeiten, um eine
unerwünscht starke Gasentwicklung an den Elektroden zu
vermeiden.
Als Maß für die Leitfähigkeit κ ist der Quotient I/U zu bestimmen: κ ∼ I/U.
Bleibt die Spannung U während des Versuches konstant, so
gilt noch einfacher: κ ∼ I.
Bevor der Leitfähigkeitsprüfer in den zu untersuchenden
Elektrolyten eingetaucht wird, spüle man ihn mit destilliertem Wasser ab. Dies ist insbesondere auch bei aufeinanderfolgenden Messungen in verschiedenen Lösungen bei
jedem Elektrolytwechsel nicht zu vergessen.
Für genauere Messungen ist ggf. auch der Spannungsaball
am Strommesser zu berücksichtigen. Außerdem sei darauf
hingewiesen, daß Lösungs- bzw. Verdünnungsvorgänge
mit erheblichen Temperaturänderungen verbunden sein
können, was bei Leitfähigkeitsmessungen zu beachten ist.
Um eine gute Durchmischung des Elektrolyten auch
während des Versuchsablaufes zu gewährleisten, kann
das benutzte Elektrolytgefäß auf einen Magnetrührer gestellt werden.
3.4 Wartung
Nach Beendigung der Versuche sollte der Leitfähigkeitsprüfer stets gut gereinigt und anschließend zur Aufbewahrung mit der Schutzhülle versehen werden.
3.3 Versuchsdurchführung
Zur Versuchsdurchführung ist der Leitfähigkeitsprüfer in
einen Wechselstromkreis zu legen, wobei die angelegte
Spannung U und die sich ergebende Stromstärke l zu messen sind, vgl. Abb. 3.
Als Spannungsquelle eignet sich das Netzgerät 13500.93.
Abb. 3: Schaltung zur Messung der Leitfähigkeit mit dem Leitfähigkeitsprüfer. Im Bedarfsfall kann die Spannung auch über einen zusätzlichen
Gleitwiderstand in Spannungsteilerschaltung zugeführt werden.
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4. EXPERIMENTIERLITERATUR
Demonstrationsversuche Chemie 3
01852.01
5. MATERIALLISTE
(Komplette Materiallisten sind in der genannten Experimentierliteratur enthalten)
Analog-Demo-Multimeter ADM 2
13820.00
Netzgerät, universal
13500.93