МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К выполнению лабораторно-практических занятий и самостоятельных работ по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» по теме Электрохимические методы исследования растворов электролитов

Единицы измерения электрических величин в Международной системе единиц (СИ).

Единица силы электрического тока (I) – Ампер (А);

Единица количества электричества (электрического заряда) – Кулон (Кл). Кулон – это количество электрического заряда, переносимое током силой в один ампер за одну секунду: 1 Кл = 1 А×с

Единица электрического напряжения или разности потенциалов (V) - Вольт (В). При перемещении заряда величиной в один Кулон между точками с разностью потенциалов в один Вольт выполняется работа в один Джоуль:

1 В = 1 Дж ×А-1×с-1 Разность потенциалов связана с силой электрического тока законом Ома:

V = I × R

R- сопротивление. Единицей сопротивления является Ом: 1 Ом = 1 В ×1 А-1

Величину, обратную электрическому сопротивлению, называют Электропроводностью. Она обозначается символом L. Единицей электропроводности является Сименс (См): 1 См = 1 Ом-1

1.2.2. Удельная электропроводность

Длина и площадь поперечного сечения проводника связаны с его сопротивлением соотношением:

ρ = S×R/l

Где ρ – удельное сопротивление, S – площадь поперечного сечения проводника, l – длина проводника. Единица измерения удельного сопротивления Ом×м. Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электропроводностью или электрической проводимостью и обозначается греческой буквой κ (каппа). Таким образом, κ = 1/ ρ. Единицей измерения удельной электропроводности является См×м-1 или См×см-1

Удельная электропроводность раствора электролита называется его электрической проводимостью.

Ионы в растворе находятся в состоянии хаотического теплового движения. Под действием электрического поля ионы приобретают направленное движение, скорость которого пропорциональна градиенту потенциала. Скорость движения иона при единичном градиенте потенциала называют электрической подвижностью иона. Удельная электрическая проводимость сильных электролитов зависит от концентрации электролита и подвижности ионов. С ростом концентрации вначале, в области малых концентраций, отмечается увеличение электрической проводимости, а затем происходит ее падение из-за электростатического взаимодействия между ионами в области высоких концентраций. В растворах слабых электролитов электростатические взаимодействия между ионами отсутствуют, поэтому зависимость электрической проводимости от концентрации незначительна.

1.2.3. Эквивалентная электропроводность

Под эквивалентной электропроводностью понимают электропроводность объема раствора электролита, содержащего растворенное вещество количеством nЭ = 1 моль, заключенного между двумя плоскопараллельными и отстоящими друг от друга на расстоянии 1 см электродами. Ее размерность См×см2×моль-1. Эквивалентную электропроводность для раствора нормальной концентрации С моль/л рассчитывают по уравнению:

(1.2.1)

Зависимость эквивалентной электрической проводимости водных растворов сильных электролитов от концентрации определяется, в основном, силами межионного взаимодействия, которое оценивается расстоянием между ионами. Сольватированные ионы в растворе электролита находятся в тепловом беспорядочном движении. Вследствие электростатических сил между ионами их распределение в объеме Не случайно: вблизи каждого положительного иона возникает избыток отрицательных ионов (и наоборот). Каждый ион окружен ионной атмосферой, заряд которой равен и противоположен по знаку заряду центрального иона. При движении в электрическом поле наличие ионной атмосферы вызывает взаимное торможение ионов (Рис.1.1.). Движение ионной атмосферы в сторону, противоположную движению иона, вызывает Электрофоретическое (или катафоретическое) торможение. Это вызывает дополнительную электрофоретическую силу трения, уменьшающую абсолютную скорость передвижения иона. Релаксационный эффект или эффект симметрии вызывается тем, что при движении иона ионная атмосфера разрушается, а вновь образованная несимметрична: плотность впереди движущегося иона меньше, чем позади. Избыток противоположных зарядов позади иона и вызывает торможение.

Рис. 1.1. Движение центрального иона и ионной атмосферы в электрическом поле.

В бесконечно разбавленных растворах электролитов (С→ 0) межионное взаимодействие исчезает, и эквивалентная электропроводность стремится к предельному значению λ∞. При этом

λ∞ = λ∞,+ + λ∞,- (1.2.2)

Уравнение 1.2.2 выражает закон Кольрауша о независимости движения ионов:

Эквивалентная электрическая проводимость раствора (подвижность) при бесконечном разведении является аддитивной величиной, которая равна сумме предельных эквивалентных электропроводностей катиона и аниона.