Левченко С.І. - Лекції з фізичної та колоїдної хімії - Електропровідність розчинів

С. І. Левченко

Фізичної та колоїдної ХІМІЯ

Конспект лекцій для студентів біофаку ПФУ (РГУ)

3.4 ЕЛЕКТРОПРОВІДНІСТЬ РОЗЧИНІВ ЕЛЕКТРОЛІТІВ

Освіта розчинів. розчинність - розчини неелектролітів - розчини електролітів - Електропровідність розчинів - Електродний потенціал. ЕРС - Класифікація електродів

3.4.1 Питома електропровідність розчинів електролітів

Електричний струм є впорядковане переміщення заряджених частинок. Розчини електролітів мають іонною провідністю (є т.зв. провідниками другого роду), тобто електропровідність розчинів електролітів обумовлена ​​переміщенням іонів в електричному полі (на відміну від електронної провідності провідників першого роду).

Всякий провідник, по якому тече струм, представляє для нього певний опір R, яке, відповідно до закону Ома, прямо пропорційно довжині провідника l і обернено пропорційно площі перетину S; коефіцієнтом пропорційності є питомий опір матеріалу ρ - опір провідника, що має довжину 1 см і перетин 1 см2:

В якості кількісної міри здатності розчину електроліту проводити електричний струм використовують зазвичай питому електропровідність κ (каппа) - величину, зворотну питомому опору (тобто величину, зворотну опору стовпа розчину між електродами площею 1 см2, що знаходяться на відстані 1 см):

Величина питомої електропровідності електроліту залежить від ряду факторів: природи електроліту, температури, концентрації розчину. Питома електропровідність розчинів електролітів (на відміну від електропровідності провідників першого роду) зі збільшенням температури зростає, що викликано збільшенням швидкості руху іонів за рахунок зниження в'язкості розчину і зменшення сольватірованності іонів. Залежність питомої електропровідності від концентрації розчину представлена ​​на рис. 3.9.

Мал. 3.9 Залежність питомої електропровідності електролітів від концентрації
(1 - H2SO4, 2 - KOH, 3 - CH3COOH)

Як видно з малюнка, зі збільшенням концентрації питома електропровідність розчинів спочатку зростає, досягаючи деякого максимального значення, потім починає зменшуватися. Ця залежність дуже чітко виражена для сильних електролітів і значно гірше для слабких. Наявність максимуму на кривих пояснюється тим, що в розведених розчинах сильних електролітів швидкість руху іонів мало залежить від концентрації, і κ спочатку зростає майже прямо пропорційно числу іонів; з ростом концентрації посилюється взаємодія іонів, що зменшує швидкість їх руху. Для слабких електролітів наявність максимуму на кривій обумовлено тим, що з ростом концентрації зменшується ступінь дисоціації, і при досягненні певної концентрації число іонів в розчині починає збільшуватися повільніше, ніж концентрація. Для обліку впливу на електричну провідність розчинів електролітів їх концентрації і взаємодії між іонами введено поняття молярної електропровідності розчину.

3.4.2 Молярная електропровідність розчинів електролітів

Молярна електропровідність розчину λ є величина, зворотна опору розчину, що містить 1 моль розчиненої речовини і розміщеного між електродами, розташованими на відстані 1 см один від одного. З питомою електропровідністю κ і молярної концентрацією розчину С молярна електропровідність пов'язана наступним співвідношенням:

Молярна електропровідність як сильних, так і слабких електролітів збільшується зі зменшенням концентрації (тобто збільшенням розведення розчину V = 1 / С), досягаючи деякого граничного значення λ o, званого молярної електропровідністю при нескінченному розведенні (рис. 3.10 - 3.11).

Мал. 3.10 Залежність молярної Рис. 3.11 Залежність молярної
електропровідності від концентрації. електропровідності від розведення

Для слабкого електроліту така залежність молярної електропровідності від концентрації обумовлена ​​в основному збільшенням ступеня дисоціації з розведенням розчину. У разі сильного електроліту зі зменшенням концентрації послаблюється взаємодія іонів між собою, що збільшує швидкість їх руху і, отже, молярна електропровідність розчину. Останню пов'язує з абсолютними швидкостями руху катіонів та аніонів U + і U- рівняння Аррениуса (III.35):

Ф. Кольрауш показав, що в молярна електропровідність нескінченно розведених розчинів електролітів кожен з іонів вносить свій незалежний внесок, і λ o є сумою молярних електропровідностей катіона і аніона λ + і λ - (т.зв. подвижностей іонів), і сформулював закон незалежності руху іонів:

Молярна електропровідність при нескінченному розведенні дорівнює сумі електролітичних подвижностей катіона і аніона даного електроліту.

Підставивши в цей вираз рівняння Арреніуса (III.35) і прийнявши, що при нескінченному розведенні ступінь дисоціації α дорівнює одиниці, отримаємо:

Звідси

Електролітична рухливість є найважливішою характеристикою іона, що відбиває його участь в електропровідності розчину.

Copyright © С. І. Левченко, 1996. - 2005.

Попередня глава На початок сторінки Наступна глава