русс | укр

Языки программирования

ПаскальСиАссемблерJavaMatlabPhpHtmlJavaScriptCSSC#DelphiТурбо Пролог

Компьютерные сетиСистемное программное обеспечениеИнформационные технологииПрограммирование

Все о программировании


Linux Unix Алгоритмические языки Аналоговые и гибридные вычислительные устройства Архитектура микроконтроллеров Введение в разработку распределенных информационных систем Введение в численные методы Дискретная математика Информационное обслуживание пользователей Информация и моделирование в управлении производством Компьютерная графика Математическое и компьютерное моделирование Моделирование Нейрокомпьютеры Проектирование программ диагностики компьютерных систем и сетей Проектирование системных программ Системы счисления Теория статистики Теория оптимизации Уроки AutoCAD 3D Уроки базы данных Access Уроки Orcad Цифровые автоматы Шпаргалки по компьютеру Шпаргалки по программированию Экспертные системы Элементы теории информации

Удельная электрическая проводимость


Дата добавления: 2013-12-23; просмотров: 5055; Нарушение авторских прав


Из курса физики Вы помните, что электрическое сопротивление любого проводника может быть рассчитано по формуле:

(3.2.)

где R - сопротивление в Ом;

l - длина проводника, см;

S - площадь поперечного сечения, см2;

r - удельное сопротивление, т.е. сопротивление проводника длиной 1 см с площадью поперечного сечения 1 см2.

В электрохимии принято пользоваться величинами, обратными указанным:

1/R = L (3.3.)

Величина L называется электрической проводимостью и измеряется в Сименсах (См) См = Ом-1.

1/r = À (3.4.)

Величина À называется удельной электрической проводимостью. Нетрудно вывести, что величина À измеряется в См×см-1. На рис.3.1. представлена кондуктометрическая ячейка, применяемая для измерения электрической проводимости. Она представляет собой сосуд 1, без дна, в который вставлены два платиновых электрода 2, помещаемые в исследуемый раствор 3.

 
 

 

 


 

 

 

 

Рис.3.1.Кондуктометрическая ячейка

Из рисунка видно, что l - это расстояние между пластинами, а S - площадь пластины. Итак, L = À × S/l; À = L × l/S (3.5.) Отношение l/S называется постоянной ячейки. Измерив величину проводимости L данного электролита, можно рассчитать его удельную электрическую проводимость: À = L×К (3.6.)  

Величину К определяют экспериментально. Для этого необходимо измерить электрическую проводимость L раствора, для которого À известна. Обычно для этого используют растворы хлорида калия известной концентрации (0,1; 0,05; 0,01 моль/дм3), величины À которых имеются в таблицах.

Из уравнения (3.5.) следует, что

удельная проводимость - это электрическая проводимость раствора, помещенного между двумя электродами площадью 1 см2, находящимися на расстоянии 1 см.



 

À   HCl KOH   HF CH3COOH С Рис.3.2.Зависимость удельной прово-димости от концентрации Удельная электрическая проводимость раствора зависит от природы растворителя и растворенного вещества, кон-центрации раствора и темпера-туры. На рис.3.2. приведены графики зависимости À от концентрации водных раство-ров некоторых электролитов при постоянной температу-ре.Из рисунка, прежде всего следует, что при равных концентрациях растворов про-водимость растворов сильных электролитов значительно выше, т.к. в них содержится

больше ионов-носителей электричества. В разбавленных растворах как сильных так и слабых электролитов увеличение концентрации приводит к повышению проводимости, что связано с увеличением количества ионов. В области высоких концентраций наблюдается уменьшение À. Для сильных электролитов это связано с увеличением вязкости растворов и усилением электростатического взаимодействия между ионами. Для слабых электролитов указанный эффект связан с уменьшением степени диссоциации и, следовательно, уменьшением количества ионов.

При повышении температуры удельная проводимость электролитов увеличивается:

À2 = À1 [ 1 + a(T2 - T1)] (3.7.)

В этом уравнении À1 и À2 – удельная проводимость при температурах Т1 и Т2, а a – температурный коэффициент проводимости. Например, для солей a » 0,02. Это означает, что повышение температуры на один градус приводит к увеличению проводимости приблизительно на 2%. Связано это с тем, что при повышении температуры уменьшается степень гидратации и вязкость растворов.

Следует отметить, что в отличие от электролитов, электричес-кая проводимость металлов при повышении температуры уменьшается.

Молярная электрическая проводимость

Молярная проводимость l связана с удельной проводимостью формулой:

l = À×1000/с (3.8.)

В этом выражении с - молярная концентрация раствора, моль×дм-3. Молярная проводимость выражена в См×см2×моль-1. Итак,

молярная проводимость - это проводимость раствора, содержащего 1 моль вещества при расстоянии между электродами, равном 1 см.

Молярная электрическая проводимость как сильных так и слабых электролитов с увеличением концентрации понижается. Характер зависимости l от с для сильных и слабых электролитов различен, т.к. влияние концентрации обусловлено различными причинами.

Сильные электролиты. При небольших концентрациях зависимость молярной проводимости от концентрации выражается эмпирическим уравнением Кольрауша:

l = l0 –bÖс (3.9.)

где b – определяемая опытным путем постоянная,

а l0 молярная электрическая проводимость при бесконечном разбавлении или предельная молярная проводимость.

Таким образом,

limlC®0 = l0 (3.10.)

Приготовить раствор, концентрация которого равна нулю, невозможно. Величину l0 для сильных электролитов можно определить графически. Из уравнения (3.9.) следует, что график зависимости l = f(Öc) для сильных электролитов представляет собой прямую линию (рис.3.3.,линия 1).

 

l   l0 I   II   Öc     Рис.3.3. Зависимость моляр-ной электрической проводи-мости от Öс для сильного (линия 1) и слабого (линия 2) электролитов

Если приготовить ряд растворов различной концентрации, измерить их проводимость L,рассчитать и построить график l = f(Öс), то экстраполируя полученную прямую на ось ординат (с = 0), можно определить l0. Если учесть, что сильные электролиты, независимо от концентрации раствора полностью диссоциированы, то приходим к выводу, что количество ионов, образуемых из 1 моль вещества, всегда одно и то же. Значит, от концентрации раствора зависит скорость движения ионов, с увеличением концентрации усиливается торможение ионов. Это явление, связано с образованием вокруг каждого иона в растворе ионной атмосферы, состоящей преимущественно из ионов противоположного знака. С увеличением концентрации также увеличивается вязкость раствора. Существуют и другие причины замедления движения ионов в электрическом поле, на которых мы останавливаться не будем.

Если экспериментально определить величину l для раствора данной концентрации и графически найти l0 можно рассчитать величину коэффициента электропроводности f :

f = l / l0 (3.11.)

Коэффициент f характеризует степень торможения ионов и при разбавлении раствора стремится к единице.

Слабые электролиты. Молярная проводимость слабых электролитов значительно меньше, чем для растворов сильных электролитов (рис.3.3, линия 2). Это связано с тем, что даже при низких концентрациях степень диссоциации слабых электролитов мала. Повышение молярной проводимости слабых электролитов при разбавлении растворов связано с увеличением степени диссоциации в соответствии с законом разбавления Оствальда. С.Аррениус высказал предположение, что молярная проводимость слабого электролита связана с его степенью диссоциации выражением:

a = l / l0 (3.12.)

Таким образом, степень диссоциации слабого электролита можно рассчитать, если известна его предельная молярная проводимость l0. Однако определить l0 графически путем экстраполяции графика l= f( Öс) нельзя, т.к. кривая (рис.3.3., линия 2) при уменьшении концентрации асимптотически приближается к оси ординат.

Величину l0 можно определить с помощью закона независимости движения ионов Кольрауша:

Молярная электрическая проводимость электролита при бесконечном разбавлении раствора равна сумме предельных подвижностей катионов и анионов.

l0 =l0,+ + l0,– (3.13.)

Подвижности катиона и аниона пропорциональны абсолютным скоростям движения ионов (см.табл. 3.1.).

l0,+ = F×U+ ; l0,– = F×U (3.14.)

В этих формулах F - единица количества электричества, называемая Фарадеем, равная 96494 Кулонов (Кл). В табл.3.2. приведены предельные подвижности некоторых ионов.

Следует отметить, что закон независимости движения ионов справедлив как для слабых, так и для сильных электролитов.

 

 

Таблица 3.2.

Предельные подвижности ионов (см2×См×моль-1) при 250С

Катион l0,+ Анион l0,–
Н+ К+ Na+ Li+ Ag+ Ba2+ Ca2+ Mg2+ 349,8 73,5 50,1 38,7 61,9 127,2 119,0 106,1 ОН- I- Br- Cl- NO3- CH3COO- SO42- 76,8 78,4 76,3 71,4 40,9 160,0

Применение измерений проводимости

Метод исследования основанный на измерении электрической проводимости, называется кондуктометрией. Этот метод широко используется в лабораторной практике. Прибор для измерения электрической проводимости называется кондуктометром. В частности, кондуктометрический метод позволяет определять константы диссоциации слабых электролитов.

Пример . Определение константы диссоциации уксусной кислоты.

а)Для нахождения постоянной кондуктометрической ячейки приготовили растворы хлорида калия с молярными концентрациями 0,1 и 0,02 моль×дм-3 и измерили их проводимость.Она оказалась равной соответственно L1 = 0,307 См и L2 = 0,0645 См. По таблице находим значения удельной проводимости растворов хлорида калия указанных концентраций:

À1= 1,29×10-1 См×см-1 ; À2= 2,58×10-2 См×см-1

По уравнению 3.6. рассчитываем постоянную ячейки:

К1 = À1/L1 = 0,42 см-1

К2 = À2/L2 = 0,40 см-1

Среднее значение К = 0,41 см-1

б)Приготовили два раствора уксусной кислоты с концентрациями c1=0,02моль×дм-3 и c2 = 1×10-3 моль×дм-3. С помощью кондуктометра измерили их электрическую проводимость:

L1 = 5,8×10-4 См; L2 = 1,3×10-4 См.

в) Рассчитываем удельную проводимость:

À1= L1×K = 5,8×10-4×0,41 = 2,378×10-4 Cм×см-1

À2= L2×К = 1,2×10-4×0,41 = 0,492×10-4 См×см-1

г) По формуле (3.8.) находим молярную электрическую проводимость l1=11,89См×см2×моль-1; l2 = 49,2 См×см2×моль-1

д) Находим, пользуясь табл.3.2. величину предельной молярной прово-димости уксусной кислоты: l0 = 349,8 +40,9 = 390,7 См×см2×моль-1.

е) Наконец, рассчитываем для каждого раствора степень диссоциации (уравнение 3.12.) и константу диссоциации

a1= 3,04×10-2; a2= 1,26×10-1

К1= 1,91×10-5; К2= 1,82×10-5

Среднее значение К = 1,86×10-5



<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Движение ионов в электрическом поле | Химические источники тока


Карта сайта Карта сайта укр


Уроки php mysql Программирование

Онлайн система счисления Калькулятор онлайн обычный Инженерный калькулятор онлайн Замена русских букв на английские для вебмастеров Замена русских букв на английские

Аппаратное и программное обеспечение Графика и компьютерная сфера Интегрированная геоинформационная система Интернет Компьютер Комплектующие компьютера Лекции Методы и средства измерений неэлектрических величин Обслуживание компьютерных и периферийных устройств Операционные системы Параллельное программирование Проектирование электронных средств Периферийные устройства Полезные ресурсы для программистов Программы для программистов Статьи для программистов Cтруктура и организация данных


 


Не нашли то, что искали? Google вам в помощь!

 
 

© life-prog.ru При использовании материалов прямая ссылка на сайт обязательна.

Генерация страницы за: 0.008 сек.