Leitfähigkeitsmessungen - Physikalisches Projektpraktikum

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3.3 Durchführung der Messung 3.3.1 mit Wasser <strong>Leitfähigkeitsmessungen</strong> 10 Wir teilten einige Messungen in zwei Reihen mit verschiedenen Füllhöhen auf, um die erwartete Abhängigkeit des spezifischen Widerstandes von der vom Feld durchsetzten Fläche prüfen zu können. Die Abhängigkeit der Leitfähigkeit von der angelegten Spannung maßen wir durch die Einstellung mehrerer Spannungswerte ( i.d.R. 5 V,10 V und 20 V ). Um die Abhänigkeit von der Molarität der Lösung zu erhalten bestanden die Messreihen in der Regel aus mehreren Messungen mit jeweils verschiedenen Konzentrationen der gelösten Substanz. Mit Salz stellten wir als erstes eine einmolare Lösung her und halbierten die Konzentration im Verlauf der Messreihe mehrmals. Zuckerlösungen stellten wir nach den Erfahrungen mit Methanol (siehe unten) in zehn- bis fünfzigfach geringerer Konzentration her. Wir stellten beim anlegen höherer Spannung ( 20 V ) bei Kochsalzlösungen den Ausfall einer hellblauen Substanz in unmittelbarer Nähe einer der beiden Elektroden fest, wobei es sich wahrscheinlich um Kupferoxid handelte. Als wir Natriumbicarbonatlösungen vermaßen, fiel eine schwarze Substanz an einer der Elektroden aus und lagerte sich auch an ihr an, dies sollte Kohlenstoff gewesen sein. Diese elektrochemischen Reaktionen führten bei Messungen mit wässrigen Salzlösungen nach und nach zur Bildung mehrerer Oxidschichten, welche den Widerstand der Anordnung geringfügig erhöhten. Mit Wechsel- statt Gleichspannung hätten wir diese störenden Oxidationen vermeiden können, allerdings wäre dann die Beobachtung der Abhängigkeit des spezifischen Widerstandes von der Spannung nicht mehr möglich gewesen. Da die Widerstandsänderung durch die Oxidschichten nicht groß war, entschieden wir uns deshalb, die Messungen weiter mit Gleichspannung durchzuführen. 3.3.2 mit organischen Lösungsmitteln Wir hatten ursprünglich vor, diese Messungen ganz Analog zu den vorhergegangenen Messungen mit Wasser und Salz durchzuführen; dementsprechend setzten wir beim ersten Messversuch die gleiche Salzkonzentration an, wie schon zuvor bei den Messungen mit Wasser als Lösungsmittel. Salz löst sich in Methanol aber viel schlechter als in Wasser, sodass wir Lösungen mit geringeren Salzkonzentrationen herstellen mussten. Dadurch ging uns leider der direkte Vergleich verloren und es blieb uns nur der Vergleich der funktionalen Zusammenhänge der Proportionalitäten bei den verschiedenen Messungen . Bei der Zubereitung der ersten Messlösung mit Zucker ließen wir unbeachtet, dass ein Mol Zucker deutlich mehr Substanz ist als ein Mol Salz. Wir gaben zwar die gleiche Anzahl an Teilchen in Lösung, was für den direkten Vergleich durchaus nützlich gewesen wäre, da sich Zucker jedoch in organischen Lösungsmitteln nicht annähernd so gut löst wie in Wasser ( und noch deutlich schlechter als Salz ) stellten wir auch hier schnell fest, dass wir auf eine wesentlich geringere Stoffkonzentration ausweichen mussten. So vermaßen wir schließlich Lösungen mit zehn- bis hundertmal geringerer Molarität. Doch auch diese sehr kleinen Mengen Zucker vermochte das Methanol ( welches wir als ersten Vertreter der Alkan(ol)e vermaßen ) allem Anschein nach nicht zu lösen. Die Zuckerkristalle setzten sich ( scheinbar ) unverändert am Boden unseres Messgefäßes ab, egal welche Menge wir hinzugaben. Wir verzichteten deshalb auf das Ansetzen und die Messung weiterer Konzentrationen.
3.3.3 Messwerte Kommentare Flüssigkeit Füllhöhe in cm <strong>Leitfähigkeitsmessungen</strong> 11 Spannung in V Strom in mA spezifische Leitfähigkeit in µS/cm Fehler in (±) µS/cm Wasser 1,4 5,01 0,01 14,3 1,60 (destilliert) 1,4 20,2 0,04 14,9 0,71 2,0 21,4 0,01 13,1 0,22 2,0 20,2 0,04 8,71 0,43 +NaCl 0.25 molar 1,1 4,23 7,84 16763 870,6 1,1 8,28 19,4 21300 1106 1,1 18,3 48,2 23997 1246 1,4 5,76 18,2 22569 985,5 1,4 9,24 31,1 24041 1050 1,4 20,7 77,2 26613 1162 0.50 molar 0,8 5,42 14,4 33333 2245 0,8 9,06 27,7 38217 2574 0,8 18,1 61,3 42244 2847 1,4 5,41 29,2 38553 1684 1,4 8,85 54,4 43906 1917 1,4 20,2 139 49353 2155 1.00 molar 1,1 5,24 39,2 71273 3706 1,1 8,65 76,6 80505 4181 1,1 19,4 195 91190 4736 +NaHCO3 0,71-molar 1,3 5,25 1,76 2578,8 118,5 1,3 10,5 4,40 3223,4 148,1 0,8mV Leersp. 1,3 20,3 9,49 3562,0 163,6 0,14-molar 1,3 5,21 3,04 4437,9 203,9 1,3 10,1 7,51 5712,1 262,4 28mV Leersp. 1,3 20,2 16,4 6245,2 286,9 0,21-molar 1,3 5,82 3,37 4615,4 212,0 1,3 10,1 9,30 7083,0 325,4 1,3 20,4 22,9 8635,0 396,7 70mV Leersp. 0,28-molar 1,3 5,45 4,22 6153,8 282,7 1,3 10,3 12,7 9484,8 435,7 1,3 20,2 29,6 11272 517,8 100mV Leersp. 0,35-molar 1,3 5,41 6,61 9401,2 431,9 1,3 10,0 17,2 13231 607,8 1,3 20,4 37,0 13952 641,0 +Kcl 0,08-molar 1,3 5,29 3,61 5325,4 244,7 Bei allen 1,3 10,3 8,37 6198,7 284,8 Messungen mit 1,3 20,2 18,2 6854,5 314,9 Salzen fiel 0,16-molar 1,3 5,39 5,91 907,67 417,0 CuO aus 1,3 10,2 15,6 11765 540,5 1,3 19,3 31,5 12555 576,8 0,24-molar 1,3 5,41 9,94 13846 636,1 1,3 9,82 21,5 16876 775,3 1,3 18,9 45,1 18356 843,3 0,32-molar 1,3 5,14 12,1 18250 838,4
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