Подвижность ионов, закон Кольрауша, аномальная подвижность ионов Н3О+ и ОН-.

Электропроводность (удельная и эквивалентная), ее зависимость от концентрации и температуры. Методы измерения электропроводности.

 

Электропроводность К - величина, обратная электрическому сопротивлению R. Так как R = r , то К = × = k

где r - удельное электрическое сопротивление; l - расстояние между электродами; S - площадь электрода; k - удельная электропроводность.

Удельная электропроводность k жидкости - это электропроводность одного кубического сантиметра раствора, заполняющего пространство между плоскими электродами одинаковой, очень большой площади, находящимися на расстоянии 1 см. Кубический сантиметр раствора должен находиться вдали от границ электрода. [k] = Ом^-1× см^-1.

По закону Ома : R = U/I ; U = E× l (Е - напряженность поля, или падение напряжения на 1 см расстояния; l - расстояние между электродами); I = i× S (i - плотность тока, или ток, приходящийся на 1 см² поверхности электрода; S - площадь электрода). Тогда :

k = ; i = k× E

При Е = 1 В/см i = k.

I = ; i =

Таким образом, k - это количество электричества, которое проходит в единицу времени через единицу поперечного сечения проводника при напряженности электрического поля 1 В/см.

Кривая зависимости удельной электропроводности растворов от концентрации обычно имеет максимум (четко выраженный для сильных электролитов и сглаженный для слабых). Наличие максимумов на кривых k - с можно объяснить следующим образом. В разбавленных растворах сильных электролитов (a = 1) электропроводность растет пропорционально числу ионов, которое, в свою очередь, растет с концентрацией. В концентрированных растворах сильных электролитов ионная атмосфера существенно уменьшает скорость движения ионов, и электропроводность падает. В слабых электролитах плотность ионной атмосферы мала и скорость движения ионов мало зависит от концентрации, однако с увеличением концентрации раствора заметно уменьшается степень диссоциации, что приводит к уменьшению концентрации ионов и падению электропроводности.

Удельная электропроводность зависит от температуры. Зависимость дается эмпирическим уравнением :

k_t = k₁₈ × [1 + a (t - 18)]

a - температурный коэффициент электропроводности; k₁₈ (k₂₅) - стандартное значение.

k сильный эл-т     слабый эл-т   С Зависимость удельной электропроводности от концентрации электролита

l   сильный эл-т     слабый эл-т   С Зависимость эквивалентной электропроводности от концентрации электролита

Эквивалентная электропроводность l [в см²/(г-экв×Ом)] - это электропроводность такого объема (j см³) раствора, в котором содержится 1 г-экв растворенного вещества, причем электроды находятся на расстоянии 1 см друг от друга.

Найдем связь между k и l . Представим себе погруженные в раствор параллельные электроды на расстоянии 1 см, имеющие весьма большую площадь. Электропроводность раствора, заключенного между поверхностями таких электродов, имеющими площадь, равную j см², и есть эквивалентная электропроводность раствора. Объем раствора между этими площадями электродов равен j см³ и содержит 1 г-экв соли. Величина j , равная 1000/с см³/г-экв, называется разведением. Таким образом :

l = k× j ; l =

Мольная электропроводность электролита - это произведение эквивалентной электропроводности на число грамм-эквивалентов в 1 моль диссоциирующего вещества.

Зависимость эквивалентной электропроводности от концентрации :

1. Зависимость l - с : с увеличением с величина l уменьшается сначала резко, а затем более плавно.

2. Зависимость l - : для сильных электролитов соблюдается медленное линейное уменьшение l с увеличением , что соответствует эмпирической формуле Кольрауша :

l = l_¥ - А

l_¥ - предельная эквивалентная электропроводность при бесконечном разведении : с ® 0 , j ® ¥ .

3. Зависимость l - j : значение l сильных электролитов растет с увеличением j и асимптотически приближается к l_¥ . Для слабых электролитов значение l также растет с увеличением j, но приближение к пределу и величину предела в большинстве случаев практически нельзя установить.

 

l сильный эл-т     слабый эл-т

l сильный эл-т     слабый эл-т     j

Все вышесказанное касалось электропроводности водных растворов. Для электролитов с другими растворителями рассмотренные закономерности сохраняются, но имеются и отступления от них, например, на кривых l - с часто наблюдается минимум (аномальная электропроводность).

 

Способы измерения электропроводности - самостоятельно.