Удельная электрическая проводимость растворов электролитов

Электрическая проводимость растворов электролитов. Кондуктометрия

Электрическая проводимость (электропроводность) – это способность вещества проводить элек­трический ток.

Она является величиной обратной электриче­скому сопротивлению. По способности вещества проводить ток все проводники разде­ляют на два типа:

Проводники первого рода – металлы, в них электропроводность обусловлена направленным движением свободных электронов.

Проводники второго рода – это растворы электролитов. В них электропроводность возникает при наложении внешнего поля за счет направленного движения катионов к отрицательно заряженному элек­троду, катоду, а анионов к положительному электроду, аноду. В отсут­ствии внешнего поля ионы движутся хаотично и тока нет.

Способность раствора электролита проводить ток определяется главным образом

- количеством ионов

- подвижностью ионов.

Подвижность ионов, т.е. скорость их направленного движения к электродам, способность преодолевать сопротивление среды, зависит от:

1. природы растворителя. Чем выше его полярность и вязкость, тем меньше в нем подвижность ионов. Полярные растворители силь­нее сольватируют ионы, делая их крупнее и менее подвижными.

2. природы иона. Чем меньше радиус иона и больше его заряд, тем больше ион сольватирован и менее подвижен. Поэтому подвижность гидратированных ионов 1 группы возрастает от Li к Cs.

Самой высокой подвижностью обладают протоны и гидроксид-ионы (Н⁺ и ОН^–) в водных растворах. Но это объясняют особым «эста­фетным» механизмом их перемещения.

3. температуры. С повышением температуры уменьшается вяз­кость среды и толщина сольватных оболочек, а значит возрастает подвиж­ность ионов.

4. ионной силы. Чем сильнее межионное взаимодействие, тем сильнее тормозящий эффект.

5. концентрации ионов. Чем она выше, тем выше электростатиче­ское взаимодействие ионов, снижающее их подвижность.

Концентрация ионов зависит и от силы электролитов. В растворах слабых электролитов (α < 0,03) концентрация ионов всегда невелика. При бесконечном разбавлении скорости движения ионов возрас­тают и достигают предельного значения. Их называют предельной электрической подвижностью ионов в данном растворителе и тем­пературе.

Электрическая проводимость (электропроводность) обратна со­противлению: L = ; = См (6.1)

Единицей измерения в системе СИ является обратный Ом (Ом^–1) или сименс, См.

Известно, что сопротивление любого проводника пропорцио­нально его длине и обратно пропорционально сечению, S:

R = ρ • (6.2)

где ρ – удельное сопротивление, Ом•м, характеризующее при­роду проводника.

Подставляя уравнение (6.2) в уравнение в уравнение (6.1), получаем:

L = • = æ • (6.3)

где æ (каппа) – удельная электрическая проводимость, См/м, ве­личина обратная удельному сопротивлению. Она характеризует свойства проводящей среды – раствора элек­тролита.

Удельная электрическая проводимость представляет собой прово­димость 1м³ раствора помещенного между параллельными электро­дами площадью 1м², находящимися на расстоянии 1м.

В системе СИ единица измерения удельной электрической проводимости: См/м. В аналитической практике æ часто выража­ется в См/см.

1См/см = 10² См/м.

Удельная электропроводность максимальна у растворов сильных кислот и оснований из-за их полной диссоциации и высокой подвижно­сти ионов Н⁺ и ОН^–. Наименьшей удельной электропроводностью обладают растворы слабых электролитов из-за низкой концентрации ионов. Удельная электропроводность зависит от концентрации электро­лита. С повышением концентрации она проходит через максимум, а затем уменьшается. Это связано, для сильных электролитов, с возрастанием мешаю­щего межионного взаимодействия, а для слабых – со снижением сте­пени диссоциации.

Молярная (эквивалентная) электрическая проводимость рас­творов электролитов.

Молярная электрическая проводимость раствора электролита (λ, лямбда) равна удельной электрической проводимости его раствора с концен­трацией 1 моль/м³.

λ = (6.4)

где æ – удельная электропроводность, См/м,

С – концентрация раствора электролита, моль/м³.

В системе СИ λ выражается в См • м²/моль.

λ = , См∙м²/моль (6.5)

Поскольку в анали­тической практике молярная концентрация выражается в моль/л (1моль/л = 10³моль/м³), то для расчетов чаще используют формулу (6.6)

λ = См∙см²/моль (6.6)

Влияние концентрации на молярную проводимость электроли­тов лучше проследить на графике зависимости λ от разбавления (1/С):

λ₂^∞   λ^∞  

λ

Рис.6.1. Зависимость молярной электрической проводимости от

Дата добавления: 2014-11-20