Электропроводность растворов. Кондуктометрия.
Электроаналитические методы основаны на электрических свойствах растворов электролитов. Самый простой и наименее избирательный метод связывает концентрацию растворенных веществ с электропроводностью раствора.
Прохождение электрического тока через раствор электролита включает движение катионов к отрицательно заряженному электроду (катоду) и движение анионов к положительно заряженному электроду (аноду). Таким образом, все заряженные частицы вносят свой вклад в процесс электропроводности.
Электропроводность – есть величина, обратно пропорциональная сопротивлению. Раствор – трехмерный проводник, поэтому величина сопротивления раствора зависит от геометрии ячейки, в которой проводится измерение.
L = 1/R = k ∙ A/b,
где L - электропроводность раствора;
R - сопротивление раствора;
А – площадь поперечного сечения (в см2) двух одинаковых
электродов, отстоящих друг от друга на расстоянии b см.
k – удельная электропроводность. Она обратно пропорциональна
сопротивлению столба раствора, заключенному между двумя
электродами площадью 1см2 и расстоянием между ними 1 см
и содержащему 1г растворенного вещества.
Отношение А/b=θ называют постоянной ячейки. Ее обычно определяют опытным путем, измеряя электропроводность раствора хлорида калия. Данные по удельной электропроводности растворов KCl различной концентрации и при различных температурах приводятся в большинстве справочников. Электропроводность раствора изменяется с температурой, т.е. в расчетах необходимо вводить поправку на это изменение или поддерживать температуру постоянной в серийных анализах.
Эквивалентная электропроводность λ равна 1000k/С, где С – концентрация раствора (г∙экв/л) в ячейке. С разбавлением раствора λ возрастает в связи с уменьшением межионного взаимодействия.
λ∞ - эквивалентная электропроводность при бесконечном разбавлении.
Общая электропроводность определяется катионами и анионами. Следовательно, для раствора простой соли λ∞ = λ0+ + λ0− , где λ0+ и λ0− - эквивалентные ионные электропроводности катионов и анионов при бесконечном разбавлении. Величины λ0+ и λ0− сильно зависят от радиусов гидратированных ионов и приводятся в таблицах.
Обычно в анализируемых раствора присутствует несколько электролитов и тогда электропроводность сильно разбавленного раствора можно описать выражением:
L = ∑jCjZjλj/θ,
где - Cj - концентрация иона в моль/л;
Zj - абсолютное значение его заряда;
λj - его эквивалентная ионная электропроводность.
Это соотношение справедливо только в растворах с невысоким значением ионной силы.
Так как электропроводность растворов функционально связана с концентрацией электролитов, почвоведы некоторых стран оценивают степень засоления почв непосредственно по величине удельной электрической проводимости фильтратов из паст. При анализе этих растворов определяют их удельную электрическую проводимость (ЕС). До введения системы Си в качестве единицы измерения электропроводности почвоведы использовали мо ( 1/Ом). Удельную электропроводность фильтратов из паст выражали числом миллимо на см ( ммо/см, mmo ∙ cm-1). Эквивалентом этой единицы в СИ является миллисименс на см (мСм/см, mS ∙ cm-1). Часто используют децисименс на метр (дСм/м, dS ∙ m--1).
Традиционно к засоленным относят почвы, удельная электрическая проводимость фильтратов из паст которых выше 4 мСм/см. Почвы, с удельной электрической проводи
мостью фильтратов из паст 4 – 8 мСм/см относят к слабозасоленным, 8 - 15 мСм/см – к среднезасоленным и больше 15 мСм/см - к сильнозасоленным.
По величин удельной электрической проводимости можно примерно
оценить концентрацию солей в фильтратах из паст:
с(мг/л) = 0,64 ∙ 103 ЕС(мСм/см)
В последнее время граница засоления почв снижена до 2мСм/см, т.к ряд плодовых, овощных и декоративных культур страдает от засоления и в интервале значений ЕС фильтратов из паст от 2 до 4 мСм/см.