Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ЕЛЕКТРОПРОВІДНІСТЬ РОЗЧИНІВ ЕЛЕКТРОЛІТІВ




Електропровідність характеризує здатність середовища проводити електричний струм. Вона є величиною, оберненою електричному опору, і вимірюється в сіменсах (См = Ом -1). Електропровідність розчину електроліту зумовлена міграцією наявних у даному розчині іонів і визначається як кількістю цих іонів, так і швидкістю їх руху в електричному полі.

Зазвичай електропровідність електролітних систем обчислюють, вимірюючи опір електрохімічної комірки, що містить два платиновані платинові електроди і досліджуваний розчин. Для запобігання електролізу, який призводить до зміни концентрації розчину та поляризації електродів, при вимірюванні електричного опору комірки застосовують змінний струм, використовуючи так звані мости змінного струму.

Опір будь-якого провідника струму розраховують за рівнянням:

, (3.1)

де – довжина провідника (для розчинів – відстань між електродами); – площа поперечного перерізу провідника (площа електродів); – питомий опір, який дорівнює опору провідника з одиничними довжиною та площею перерізу.

Величина, яка є оберненою питомому опору, називається питомою електропровідністю і позначається грецькою літерою («каппа»). З рівняння (3.1) випливає, що

(3.2)

і має розмірність Ом -1×м -1 = См/м (у СІ) або Ом -1×см -1 = См/см (у системі СГС). Питома електрична провідність – це електропровідність об’єму розчину, який міститься між двома плоскими паралельними електродами одиничної площі, що розташовані на одиничній відстані один від одного. Вона залежить від природи електроліту та розчинника, концентрації розчину і температури.

Концентраційна залежність æ і для сильних, і для слабких електролітів зазвичай проходить через максимум. В розведених розчинах будь-яких електролітів внаслідок збільшення концентрації æ зростає внаслідок збільшення кількості іонів, які переносять електричний заряд. Після досягнення певної концентрації æ починає спадати, оскільки в розчинах сильних електролітів посилюється взаємодія між протилежно зарядженими іонами і швидкість їх руху сповільнюється, а у розчинах слабких електролітів доволі стрімко зменшується їх ступінь дисоціації. На відміну від металевих провідників опір електролітних розчинів внаслідок підвищення температури у переважній більшості випадків зменшується, тобто електропровідність зростає. Основною причиною цього є температурне зменшення в’язкості рідкого середовища.

Молярною (еквівалентною) електричною провідністю («лямбда») називається електропровідність об’єму розчину, який містить 1 моль (1 моль-екв) електроліту і знаходиться між двома паралельними електродами, що розташовані на одиничній відстані один від одного. Об’єм такого розчину залежить від його концентрації і називається розведенням розчину. Розведення розчину – величина, яка обернена молярній концентрації :

.

Для 1–1-зарядних електролітів значення молярної і еквівалентної електропровідностей збігаються. Для електролітів інших валентних типів молярна електропровідність дорівнює добутку еквівалентної електропровідності та числа еквівалентів у одному молі речовини. У СІ молярну електропровідність обчислюють за формулою:

(3.3)

і вимірюють у См×м 2/моль. У системі СГС, в якій концентрацію зазвичай виражають у моль/дм3, а питому електропровідність – у См/см, рівняння (3.3) набуває вигляду:

, (3.4)

і молярна електропровідність має розмірність См×см 2/моль.

Молярна електропровідність залежить від таких самих факторів, що і питома. Внаслідок підвищення температури вона зростає. Збільшення концентрації розчину призводить до зменшення , тому що в розчинах сильних електролітів посилюється іон-іонна взаємодія, а в розчинах слабких електролітів зменшується їх ступінь дисоціації. При молярна електропровідність набуває максимального за певної температури значення , яке називають граничною молярною електропровідністю. – це молярна електрична провідність гіпотетичного нескінченно розведеного розчину, який характеризується повною дисоціацією слабкого електроліту ( ) і відсутністю взаємодії між іонами сильного електроліту (середній іонний коефіцієнт активності електроліту ).

Швидкість руху іона у розчині [м/с] прямо пропорційна напруженості електричного поля [В/м]:

,

де – абсолютна швидкість руху іона (за умови В/м). Молярна електропровідність або рухливість іона пов’язана з рівнянням:

,

в якому – стала Фарадея.

В розчинах слабких електролітів , (3.5)

а в розчинах сильних електролітів, у яких ,

. (3.6)

За умови нескінченного розведення для будь-якого електроліту , і рівняння (3.5) і (3.6) записуються як

, (3.7)

де і – граничні рухливості катіона та аніона, відповідно; і – абсолютні швидкості руху зазначених іонів у гранично розведеному розчині. Вираз (3.7) є математичним відображенням закону незалежного руху іонів Кольрауша, згідно з яким молярна електропровідність нескінченно розведеного розчину електроліту дорівнює сумі граничних іонних рухливостей. Фізичний зміст цього закону полягає в тому, що в зазначеному розчині іони переносять струм незалежно один від одного, тобто їх рухливості за певної температури є сталими і не залежать від природи протилежно зарядженого іона. Граничні молярні електропровідності іонів у воді за стандартної температури наведено в довіднику.

В розчинах слабких електролітів швидкість міграції іонів практично не залежить від їх кількості, тобто . З урахуванням цього факту на підставі рівнянь (3.5) та (3.7) для слабкого електроліту можна записати:

. (3.8)

Для сильного електроліту з формул (3.6) і (3.7) випливає, що

, (3.9)

де – коефіцієнт електропровідності, який враховує міжіонну взаємодію.

Константа рівноваги процесу електролітичної дисоціації (константа дисоціації) визначається за законом розведення Оствальда. Так, для дисоціації бінарного 1–1-зарядного електроліту за схемою

константа дисоціації має вигляд:

.

Якщо початкова концентрація електроліту дорівнює , а ступінь його дисоціації в розчині – , то згідно із законом розведення Оствальда

. (3.10)

Константа дисоціації слабкого електроліту, як будь-яка константа рівноваги, є сталою величиною за умови .







Дата добавления: 2015-09-15; просмотров: 1350. Нарушение авторских прав

codlug.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.007 сек.) русская версия | украинская версия