коррозия. По типу ионов, образующихся в растворе, различают

• Название: По типу ионов, образующихся в растворе, различают
• Анкор: коррозия
• Дата: 07.01.2022
• Размер: 77.94 Kb.
• Имя файла: Voprosy_13-15.docx
• Тип: Документы; #325452

13. Понятия о растворах электролитов и их основные свойства

Элекролиты – вещества, растворы или сплавы которых проводят электрический ток. Таким образом основное отличие растворов электролитов от обычных растворов в их электропроводности (прохождение тока в электролитах связано с электролизом).

Главное свойство электролитов — способность к электролитической диссоциации, то есть к распаду молекул при взаимодействии с молекулами воды (или других растворителей) на заряженные ионы.

По типу ионов, образующихся в растворе, различают электролит щелочной (электропроводимость обусловлена ионами металлов и ОН-), солевой и кислотный (с ионами Н+ и остатками основания кислоты).

Для количественной характеристики способности электролита к диссоциации введен параметр «степень диссоциации». Эта величина отражает процент молекул, подвергшихся распаду. Она зависит от:  

• 
  самого вещества;
  
• 
  растворителя;
  
• 
  концентрации вещества;
  
• 
  температуры.
  

Электролиты делят на сильные и слабые. Чем лучше реагент растворяется (распадается на ионы), тем сильнее электролит, тем лучше он проводит ток. Сила электролита зависит от степени его диссоциации. Если степень диссоциации больше 30%, то он считается сильным. К сильным электролитам относятся щелочи, сильные кислоты и растворимые соли (Среди слабых кислот выделяют HF, HSO3, HNO2, HClO, среди сильных кислот те же, но с больших количеством атомов кислорода HCl, H2SO4, HNO3, HCLO3).

Для электролитов, использующихся в аккумуляторах, очень важен такой параметр, как плотность. От нее зависят условия эксплуатации аккумулятора, его емкость и срок службы. Определяют плотность с помощью ареометров.

Также в электролитах наблюдаются более ярко выраженные свойства растворов. Так:

1. 
   В растворах, понижение давления пара над растворителем равно молярной доли растворённого вещества.
   

Pa=k* Na (з-н Рауля)

Р_А давление паров растворителя над раствором

N_A – мольная доля растворителя в растворе.

Однако, в электролитах

Pa= k* Na , где i – коэффициент Вант-Гоффа (число частиц в растворе/ число частиц, подвергшихся диссоциации).

2. 
   Как и в растворах при повышении концентрации бесконечно разбавленных растворов наблюдается понижение температуры замерзания, однако добавляется коэффициент i
   

, где к – коэффициенты пропорциональности, С – концентрация растворенного вещества.

3. 
   Как и в растворах при повышении концентрации бесконечно разбавленных растворов наблюдается повышение температуры кипения, однако добавляется коэффициент i
   

, где E – коэффициенты пропорциональности, С – концентрация растворенного вещества.

4. 
   Осмотическое давление в растворах электролитов превышает вычисленное по уравнению Росм = i·С_М ·R·T
   

14. Электропроводность металлов, полупроводников и изоляторов

Электропроводность Ме:

Электрический ток в Ме переносится электронами. Высокий уровень электропроводности металлов обусловлен тем, что в них много «свободных» электронов, находящихся в состоянии беспорядочного движения и заполняющие объём проводника словно газ. При этом электропроводность падает с ростом температуры. Связано это с повышенной частотой столкновений электронов с колеблющимися атомами соответствующей кристаллической решетки.

В общем случае электропроводность Ме подчиняется дифференциальному закону Ома: j=k*E (j-плотность тока; k- удельная проводимость Ме; E-напряженность электрического поля).

Для изолированного Ме проводника длиной l и сечением s в соответствии с законом Ома, общее сопротивление равно R= ρ*l/s.

Электрическое сопротивление и выделение тепла при прохождении тока в Ме проводнике обусловлено взаимодействием электронов с атомами и дефектами кристаллической решетки. Оно зависит от вида Ме и увеличивается с повышением температуры. Удельное сопротивление Ме: от 10^-3 до 10^-6 Ом*см

Электропроводность полупроводников и изоляторов

Полупроводники— это вещества, электропроводность которых зависит от температуры, освещенности, электрических полей и примесей.  К таким материалам относят: кремний, теллур, германий, селен, соединения металлов с серой и окислы металлов. Полупроводники отличаются еще и тем, что кроме электронной проводимости имеют и дырочную электропроводность. Дырочная электропроводность вызывается движением «дырок» из-за влияния электрического поля. «Дырки» — это свободные места в атомах, которые не заняты валентными электронами.

Электропроводность полупроводников и изоляторов обычно рассматривается на основании зонной теории электропроводности. Основные положения:

- есть три зоны: валентная, запрещенная, зона проводимости (с наименьшей энергией связи)

- в запрещенной зоне электроны находиться не могут

- у Ме электроны находятся в зоне проводимости

- электроны полупроводников и изоляторов в нормальном состоянии особенно при пониженных температурах сосредоточены в валентной зоне




Вертикальная ось уровень электронов, горизонтальная – уровень Ферми (отделяет валентную зону и зону проводимости, по сути это некоторая энергия). 1 – проводники, 2 – полупроводники, 3 – диэлектрики. В Ме есть валентная зона внизу и зона проводимости вверху, они накладываются друг на друга, у них есть пересечения. То есть электроны из зоны проводимости свободно переходят из одной зоны в другую. В полупроводниках эти зоны не пересекаются, но расстояние не слишком большое. Электроны не могут свободно переходить из одной зоны в другую. Таким образом при низких температурах проводимость полупроводника будет не существенной, при повышении температуры она будет повышаться. В диэлектриках электронам нужна очень большая энергия, чтобы попасть из одной зоны в другую (можно сильно повышать температуру, тогда будут проводить).

(Другими словами: при повышении температуры в зависимости от ширины запрещенной зоны валентная зона у полупроводников относительно невелика. Часть их может покидать валентную зону, там будут формироваться дырки, которые ведут себя, как и электроны. Единственное отличие - они положительно заряжены. Электрон перескакивает в зону проводимости, отсюда резкий рост электропроводности полупроводников с ростом температуры, практически экспоненциально. Это обусловлено тем, что электрон получает больше энергии и количество носителей резко увеличивается с ростом температуры.)

Проводимость в полупроводниках принято подразделять на собственную (смешанную) проводимость и примесную, которая в свою очередь может быть электронной, дырочной и смешанной.

При появлении примесей в полупроводниках, электропроводность может меняться, зависит от того, акцепторная или донорная примесь. Если донорная, то она способствует формированию доп электрона в зоне проводимости, убирая тем самым дырочную проводимость. Если акцепторная, то она наоборот запрещает выход электронов и формирует по преимуществу дырочную проводимость.

Электропроводность полупроводников имеет ряд особенностей:

-значительной сокращение удельного электрического сопротивления полупроводников по сравнению с уд.эл.сопротивл. Ме и более широкий разброс этой величины. У полупров уд.сопротивл: 10^-5 до 10⁵ Ом*см

-изоляторы можно рассматривать как частный случай полупровод с уд.эл.сопротивл. обычно большим, чем 10⁹ Ом*см

-электропроводность полупроводников обычно подчиняется закону Ома, однако при высокой напряженности электрического поля возможны отклонения от этого закона и переход к экспоненциальной зависимости

15. Электропроводность электролитов

Электролиты – в растворе или расплаве самопроизвольно диссациируют (распадаются) на ионы (NaCl=Na⁺ + Cl^-)

Носителями заряда в электролитах являются ионы – чем больше ионов, тем лучше электролит проводит электрический ток. В свою очередь ионов будет тем больше, чем больше молекул вещества диссациирует на ионы.


Что такое удельная проводимость?

Вспомним закон Ома: R= ρ * l /S

Величина L, обратная сопротивлению раствора называется его электропроводностью.

L = l/R = S/ (ρ*l)

А величина, обратная его удельному сопротивлению называется удельной проводимостью ϰ = 1/ρ= l/ (R*S) Таким образом удельная электропроводность – это величина, обратная сопротивлению столба раствора длиной l и площадью поперечного сечения S.



Зависимость электропроводности растворов электролитов от концентрации
Удельная электропроводность должна возрастать с ростом концентрации электролита, однако с некоторой концентрации нарушается линейная зависимость (проявляется фактор снижения скорости движения ионов). Наибольшей удельной электропроводностью обладают сильные кислоты, далее щёлочи, далее растворы слабых электролитов. В случае сильных электролитов (HCl, NaOH, NaCl) это связано со снижением коэффициентов активности ионов вследствие торможения ионной атмосферы, а в случае слабого электролита (СН3СООН) – с уменьшением степени диссоциации согласно закону разбавления Оствальда (степень диссоциации слабого электролита увеличивается при забавлении раствора).

Помимо эффекта торможения при относительно высоких концентрациях растворов на скорость движения ионов оказывают влияние индивидуальные свойства ионов. Так на скорость движения ионов зависит от их размеров и гидратации (присоединение молекул воды к молекулам или ионам. Степень гидратации снижается, значит снижается размер гидратированных ионов).

Так же влияет заряд ионов. Чем выше заряд, тем большее количество электричества переносит ион и выше электропроводность раствора.

Как влияют на электропроводность растворов: Na⁺  Mg²⁺  Al³⁺

На электропроводность растворов электролитов влияет температура. С ее повышением вследствие усиления теплового движения скорость перемещения ионов увеличивается, а у слабых электролитов к тому же еще и возрастает степень диссоциации.

Ленцем было введено понятие эквивалентной электропроводности. Эквивалентной электропроводностью называется электропроводность столба раствора, содержащего 1 кмоль эквивалентов растворенного вещества, заключенного между электродами площадью 1м², находящимися на расстоянии 1 м.

 = ϰ · V.

Лучше :  = ϰ / c

V - разбавление раствора,  - эквивалентная электропроводность, c – концентрация.

Эквивалентная электропроводность растворов всех электролитов увеличивается с уменьшением их концентрации, достигая определенного значения, называемого эквивалентной электропроводностью при бесконечном разбавлении раствора . Эквивалентная электропроводность при бесконечном разбавлении раствора равна сумме подвижностей катиона и аниона  = К + А

Увеличение эквивалентной электропроводности со снижением концентрации раствора связано с повышением коэффициентов активности ионов сильных электролитов или степени диссоциации слабых электролитов. Аналитические зависимости  от с описываются уравнением

 =  - a

a – коэффициент, зависящий от природы электролита, свойств растворителя и температуры

Эквивалентная электропроводность раствора при данной концентрации пропорциональна степени электролитической диссоциации  и сумме абсолютных скоростей движения катионов u_К и анионов u_А.

 =  F (u_К+ u_А).