Физическая и коллоидная химия
Электропроводность растворов электролитов
Электропроводность растворов электролитов
Электропроводность растворов электролитов
Электропроводность растворов электролитов
Электропроводность растворов электролитов
Электропроводность растворов электролитов
Электропроводность растворов электролитов
Электропроводность растворов электролитов
Электропроводность растворов электролитов
Электропроводность растворов электролитов
Электропроводность растворов электролитов
Электропроводность растворов электролитов
Электропроводность растворов электролитов
Электропроводность неводных растворов электролитов
Электропроводность растворов электролитов
Электропроводность растворов электролитов
Электропроводность растворов электролитов
Электропроводность растворов электролитов
Спасибо за внимание!
605.00K
Категории: ФизикаФизика ХимияХимия

Физическая и коллоидная химия. Электропроводность растворов электролитов

1. Физическая и коллоидная химия

Лекция: Электропроводность растворов
электролитов.
Пасека Александра Евгеньевна

2. Электропроводность растворов электролитов

Электропроводность (электрическая проводимость
или проводимость) - способность раствора проводить
электрический ток.
Электропроводность растворов электролитов зависит от
природы, концентрации раствора, величины эл. заряда
ионов,
их
размеров,
природы
растворителя,
температуры.
Скорость движения иона в эл. поле:
υ = (ez/R)∙∆U/l,
где e – элементарный эл. заряд; z – заряд иона; ∆U –
разность потенциалов между электродами; l –
расстояние между электродами.

3. Электропроводность растворов электролитов

Если градиент потенциала ∆U/l = 1 В/м, то
скорость движения иона называют
абсолютной скоростью движения иона и
обозначают uº = ez/R.
Единица измерения uº в системе СИ: м2∙В-1∙с-1,
но часто используют см2∙В-1∙с-1.
Абсолютная скорость движения иона в данном
растворе при данной температуре зависят
только от природы иона и его заряда, т.е.
является постоянной для каждого иона.

4. Электропроводность растворов электролитов

Электрическое сопротивление: R = ρ∙l/S = l/χS,
χ = l/RS
(1),
где ρ – удельное сопротивление, а величина,
обратная удельному сопротивлению, - удельная
электрическая проводимость: χ = 1 / ρ.
Удельная электропроводность представляет
собой проводимость 1 м3 раствора, помещенного
между параллельными электродами с площадью
равной 1 м2, находящимися на расстоянии 1 м при
градиенте электрического потенциала 1 В/м.
[χ] = См/м (1См = 1 Ом-1) в системе СИ.

5. Электропроводность растворов электролитов

По первому закону Ома: I = U/R
(2)
Подставляя R из (2) в (1), получаем: χ = Il/SU
При l = 1 м, S = 1 м2, U = 1 В :
χ = I.
Удельная электропроводность раствора
электролита численно равна току, который
переносится электролитом через раствор
объёмом 1 м3 при расстоянии между
электродами , равном 1 м, и градиенте
потенциала 1 В/м.

6. Электропроводность растворов электролитов

Эл. ток складывается из тока, переносимого катионами и
анионами: I = i+ + i-.
i+ = NeαC uº+∙103, i- = NeαC uº-∙103,
где uº+, uº- - абсолютные скорости движения катиона и
аниона; 103 – коэффициент перехода от 1 дм3 к 1 м3.
Тогда χ = I = NeαC uº+∙103 + NeαC uº-∙103 =
= 103 NeαC (uº+∙+ uº-).
Ne = F = 96485 Кл/моль – число Фарадея.
χ = I = 103αC F (uº+ + uº-) = 103αC(Fuº+ + Fuº-),
Fuº+ = λº+, Fuº- = λº-,
где λº+, λº- - предельные подвижности ионов.
χ = I = 103αC(λº+ + λº-) (3).

7. Электропроводность растворов электролитов

Рис. 1. Зависимость удельной электропроводности
растворов электролитов от концентрации
Для выявления удельной
электропроводности от температуры
пользуются эмпирическими
формулами для разбавленных
водных растворов электролитов:
χ = χ25 [1 + a(t – 25) + b(t – 25)2],
χ25 - удельная электропроводность
раствора при 25ºС; а, b – эмпирические
константы, зависящие
от природы электролита.

8. Электропроводность растворов электролитов

. Эквивалентная электропроводность λ – это
проводимость
раствора,
помещенного
между
одинаковыми
электродами,
расположенными
на
расстоянии 1 м, а площадь электродов должна быть такой,
чтобы в объеме раствора между ними содержалась
молярная масса эквивалента вещества (моль).
λ = χ×V = χ∙10-3/С,
(4)
где λ - эквивалентная электропроводность при данном
разведении раствора; V – разведение раствора; χ –
удельная электропроводность раствора.
[λ] = См∙м2/моль или Ом-1∙м2/моль.
Разведением или разбавлением раствора называют
величину, обратную концентрации раствора: V = 1/C,
где С – эквивалентная концентрация раствора, моль/л.
После подстановки (3) в (4) получаем: λ = α∙(λº+ + λº-).

9. Электропроводность растворов электролитов

Эквивалентная электропроводность как сильных, так и слабых
электролитов увеличивается с уменьшением концентрации, то есть
с увеличением разбавления раствора, и достигает некоторого
предельного
значения,
называемого
эквивалентной
электропроводностью при бесконечном разведении, и обозначается
λ∞.
Рис.2
Зависимость эквивалентной электропроводности от
разведения растворов электролитов:
1 – СH3COOH; 2 – CuSO4; 3 – KCl; 4 – HCOOH; 5 – KOH.
Рис.3 Зависимость эквивалентной
электропроводности от концентрации

10. Электропроводность растворов электролитов

Предельная эквивалентная электропроводимость λ∞ - это
электрическая проводимость гипотетического бесконечно
разбавленного
раствора,
характеризующаяся
полной
диссоциацией
электролита
и
отсутствием
сил
электростатического взаимодействия между ионами:
λ∞ = λº++ λº(5)
Это закон независимого движения ионов (закон Кольрауша):
эквивалентная электрическая проводимость при бесконечном
разведении λ∞ равна сумме электрических подвижностей
катиона λº+ и аниона λº- данного электролита.
В
бесконечно разбавленном растворе ионы движутся
независимо друг от друга.
В бесконечно разбавленном растворе ионы не взаимодействуют и
подвижность становится величиной постоянной, зависящей
только от природы иона и температуры. В стандартных условиях
подвижность – табличная величина.
[λº] = Ом-1м2/моль или См∙ м2/моль.

11. Электропроводность растворов электролитов

Разделим λ = α∙(λº+ + λº-) на λ∞ = λº++ λº-
α = λ/ λ∞.
При полной диссоциации электролита α = 1,
λ = λ∞

12. Электропроводность растворов электролитов

Таблица. Значения предельной подвижности некоторых ионов в
водных растворах при 25ºС

13. Электропроводность растворов электролитов

Эстафетный механизм миграции ионов гидроксония и
гидроксила
Н2О-Н+…….ОН2 → Н2О……Н+-ОН2 →
направление движения к катоду →
Н-О-……Н – О – Н → Н –О – Н……О- – Н
движение ОН- → к аноду
к катоду ← перескок протонов

14. Электропроводность растворов электролитов

Уменьшение эквивалентной электропроводности растворов
электролитов с увеличением концентрации растворов
λ = λ∞ – ∆λэ – ∆λр,
где ∆λэ и ∆λр – уменьшение эквивалентной электропроводности
раствора сильного электролита за счёт электрофоретического и
релаксационного эффектов.
Электрофоретический эффект.
∆λэ = [Aэ/(ηε1/2 T1/2)]∙I1⁄2,
где Аэ = 41,2(z- + z+)
Релаксационный эффект
∆λр = [Aрλ∞/(ε3/2 T3/2)]∙I1⁄2, где Ар = 8,2∙105 для бинарного
электролита, состоящего из однозарядных ионов.
λ = λ∞ – [Aэ/(ηε1/2 T1/2)]∙I1⁄2 – [Aрλ∞/(ε3/2 T3/2)]∙I1⁄2 = λ∞ – [Aэ/η(ε T)1/2
+ Aрλ∞/(εT)3/2]∙I1⁄2.
λ = λ∞ – АС1/2 – это уравнение Кольрауша.

15. Электропроводность неводных растворов электролитов

Правило Каблукова – Нернста – Томсона:
чем
выше
диэлектрическая
проницаемость
растворителя,
тем
больше
степень
электролитической диссоциации растворённого
электролита и электропроводность его раствора.
Эмпирическое правило Писаржевского – Вальдена:
для
разбавленных
растворов
произведение
предельной эквивалентной электропроводности и
вязкости
растворителя
приблизительно
постоянно при постоянной температуре:
λ∞∙η = const.

16. Электропроводность растворов электролитов

Методы кондуктометрии
R = 1/ χ∙f∙l/s,
f ∙l/s = Кя
Удельная электропроводность растворов KСl:

17. Электропроводность растворов электролитов

Определение степени и константы диссоциации
слабого электролита по электрической
проводимости раствора
α= λ / λ∞, а λ∞ = λº++ λº-.
Предельные подвижности λº+ и λº- находят по
справочникам.
Кс = Сλ2/ λ∞(λ∞ - λ)

18. Электропроводность растворов электролитов

Метод прямой кондуктометрии. Расчет константы
диссоциации по методу Фуосса-Брея.
χ∙10-3=Кс(λ∞)2∙(1/ λ)-Ксλ∞
Кс= tgα/(λ∞)2

19. Электропроводность растворов электролитов

Кондуктометрическое титрование
а)
б)
в)
(а) сильной кислоты - сильным основанием,
(б) слабой кислоты - сильным основанием
(в) смеси сильной и слабой кислот сильным основанием

20. Спасибо за внимание!

English     Русский Правила