Лабораторные фх. Лабник по ф и к химии. Физическая и коллоидная химия сборник лабораторных работ СанктПетербург 2008 удк 541 076 (075. 83) Физическая и коллоидная химия. Сборник лабораторных работ
 Скачать 4.14 Mb.
|
Электропроводность растворов электролитовКраткие теоретические сведенияЭлектропроводность растворов обусловлена подвижностью ионов, образующихся при диссоциации электролитов в полярных растворителях. Электропроводность растворов электролитов зависит от многих факторов: природы электролита, природы растворителя, концентрации раствора, температуры и др. Электропроводностью называется величина, обратная сопротивлению:  ,где R – сопротивление раствора, Ом; W – электропроводность раствора, Ом−1 или См (сименс). В кондуктометрии используют удельную и эквивалентную электропроводность Удельная электропроводность представляет собой величину, обратную удельному сопротивлению:  .Повышение температуры на 1 К увеличивает удельную электропроводность примерно на 2 – 2,5 %. Это объясняется уменьшением вязкости раствора и уменьшением гидратации ионов, а для растворов слабых электролитов – увеличением степени диссоциации. Эквивалентная электропроводность:  ,где СN – нормальная концентрация электролита, экв/л. Единицы измерения удельной электропроводности соответственно См·м2·экв−1. Перенос электричества в растворах электролитов осуществляется ионами и электропроводность раствора зависит от подвижности ионов. Подвижностью иона называют скорость движения данного иона в электрическом поле при разности потенциалов 1 В. Взаимосвязь подвижности и удельной электропроводности описывает уравнение:  ,где – степень диссоциации электролита (для разбавленных растворов сильных электролитов = 1); СN – нормальная концентрация электролита, экв/м3; F – число Фарадея; u+ и u– - подвижности катиона и аниона соответственно. Эквивалентная электропроводность связана с подвижностью иона выражением: i = Fui , () где i – удельная электропроводность катиона либо аниона; ui – подвижность катиона либо аниона. Эквивалентная электропроводность раствора определяется уравнением:  .При бесконечно большом разбавлении степень диссоциации → 1 и эквивалентная электропроводность стремится к наибольшему значению ∞. В этом случае:  предельная эквивалентная электропроводность равна сумме предельных эквивалентных электропроводностей ионов при бесконечном разбавлении (закон Кольрауша). Предельные эквивалентные электропроводности ионов являются справочными величинами.  Отношение эквивалентной электропроводности раствора сильного электролита к ее предельному значению ∞ называют коэффициентом электропроводности или «кажущейся степенью диссоциации».  .Отношение эквивалентной электропроводности раствора слабого электролита к ее предельному значению ∞ представляет собой степень диссоциации:  .В случае сильного электролита = 1. Изменение эквивалентной электропроводности с концентрацией обусловлено коэффициентом электропроводности f, т.е. влиянием электростатического взаимодействия ионов на скорость их движения. Уменьшение эквивалентной электропроводности растворов сильных электролитов с ростом концентрации объясняется торможением движения ионов в электрическом поле – с увеличением концентрации раствора ионы сближаются и электростатическое взаимодействие между ними возрастает. Для растворов слабых электролитов эквивалентная электропроводность зависит от концентрации электролита из-за изменения степени диссоциации. С увеличением концентрации электролита степень диссоциации уменьшается и это приводит к уменьшению эквивалентной электропроводности.  В разбавленных растворах удельная электропроводность увеличивается почти пропорционально концентрации. В более концентрированных растворах f уменьшается, что приводит к снижению электропроводности (рис. 9). Величина удельной электропроводности в растворах слабых электролитов пропорциональна произведению αС. При небольших концентрациях это произведение увеличивается с ростом концентрации, и удельная электропроводность растет. Однако при дальнейшем увеличении концентрации это произведение уменьшается из-за снижения степени диссоциации, вследствие чего удельная электропроводность слабых электролитов, как и сильных, после достижения максимального значения снижается (рис. 9). Для оценки участия данного вида ионов в переносе электричества *.Гитторфом было введено понятие числа переноса иона. Число переноса иона – это отношение количества электричества, перенесенное данным видом ионов qi к общему количеству электричества qобщ, перенесенному всеми видами ионов:  .Число переноса зависит от природы не только данного иона, но и противоиона. Сумма чисел переноса всех видов ионов в растворе равна единице. При протекании электрического тока через раствор в приэлектродном пространстве происходит изменение концентрации электролита вследствие движения ионов в электрическом поле и участия ионов в электродных процессах. Допустим, что через раствор электролита MeAn, в котором Mez+ – катион металла, Anz− – кислотный остаток бескислородной кислоты, проходит некоторое количество электричества q. На катоде происходит восстановление катионов металлов:  . Изменение концентрации Меz+ в катодном пространстве  . На аноде протекает процесс окисления анионов:  . Изменение содержания электролита в анодном пространстве:  .Число переноса иона любого знака равно отношению убыли электролита у электрода противоположного иону знака к количеству разложенного электролита:  ;  .Контрольные вопросы1. Чем обусловлена электропроводность растворов электролитов? 2. Что такое удельная электропроводность? 3. Как связана удельная электропроводность с молярной и эквивалентной электропроводностями? 4. Что такое подвижность иона? 5. Как зависит величина удельной электропроводности от подвижности иона? 6. Взаимосвязь эквивалентной электропроводности и подвижности иона. Закон Кольрауша. 7. Как определить степень диссоциации слабого электролита по данным электропроводности? 8. Как зависит эквивалентная электропроводность от концентрации сильного и слабого электролита? 9. Чем объясняется наличие максимума на зависимости удельной электропроводности от концентрации сильного и слабого электролита? |