Электрическая проводимость. Удельная электрическая проводимость раствора.
Сопротивление любого проводника определяется по закону Ома:
, где
– длина проводника, м;
S – сечение проводника, м2;
– удельное сопротивление, Омм;
Если l = 1 м, S = 1 м2, то R = , таким образом – это сопротивление 1м3 раствора электролита.
Электрическая проводимость (L) – это величина, обратная сопротивлению раствора.
.
F Удельная электрическая проводимость (, каппа) – количество электричества, переносимое ионами, содержащимися в растворе, через поперечное сечение раствора площадью 1 м2, при напряженности однородного электрического поля 1 В,м за 1 с.
.
Если – это сопротивление 1м3 раствора электролита, то - это электрическая проводимость 1м3 раствора. В аналитической практике удельная электрическая проводимость выражается в См/см.
Физический смысл – это количество электричества, перенесенное всеми ионами через поперечное сечение раствора площадью 1 м2 на расстояние 1 м за секунду при Е = 1 В/м.
Удельная электрическая проводимость зависит от природы электролита, его концентрации (разведения), скорости движения ионов и температуры.
Чем выше заряд иона, тем большее количество электричества переносит данный ион соответствующему электроду. Например, двухзарядный ион перенесет в два раза большее количество электричества, чем однозарядный при всех прочих равных условиях (температура, вязкость среды и т.д.).
З ависимость удельной электрической проводимости от концентрации электролита представлена на рис. 4.
Рис. 4. Зависимость удельной электропроводности электролитов
от концентрации (1 – H2SO4, 2 – KOH, 3 – CH3COOH)
Анализ данных изотерм позволяет сделать выводы:
а) Удельная электрическая проводимость имеет наибольшее значение в растворах сильных электролитов, особенно в растворах сильных кислот и оснований, что обусловлено полной диссоциацией этих электролитов и высокой подвижностью ионов Н+ и ОН–. В растворах слабых электролитов удельная электрическая проводимость имеет меньшее значение, что обусловлено низкой концентрацией ионов в растворе ( << 1).
б) В разбавленных растворах сильных электролитов скорость движения ионов почти не зависит от их концентрации и удельная электрическая проводимость растет почти прямо пропорционально числу ионов, которое увеличивается с концентрацией. При достижении определенной концентрации в растворах сильных электролитов удельная электрическая проводимость начинает уменьшаться, так как уменьшается скорость движения за счет усиления межионного взаимодействия.
в) В растворах слабых электролитов с увеличением концентрации удельная электрическая проводимость сначала увеличивается за счет увеличения числа ионов, а при достижении определенной концентрации степень диссоциации начинает уменьшаться, в результате чего число ионов в растворе возрастает в меньшей степени, чем аналитическая концентрация и удельная электрическая проводимость уменьшается.
Зависимость удельной электрической проводимости от температуры довольно сложная, так как температура влияет на несколько характеристик раствора. Однако, в общем случае удельная электрическая проводимость всегда увеличивается с повышением температуры, что объясняется уменьшением вязкости среды.
В лияние разведения на величину удельной электрической проводимости представлено на рис. 5.
Рис. 5. Зависимость удельной электрической проводимости от разведения (V = 1/с), при t = const.
Анализ представленных изотерм позволяет сделать выводы:
а) удельная электрическая проводимость максимальна для растворов сильных кислот и несколько меньше – сильных оснований, что объясняется полной диссоциацией этих электролитов и высокой подвижностью ионов Н+ и ОН–;
б) наименьшие значения имеет удельная электрическая проводимость растворов слабых электролитов ( 1);
в) с увеличением разведения удельная электрическая проводимость сначала возрастает: у слабых электролитов - за счет увеличения степени диссоциации (закон Оствальда), у сильных – за счет уменьшения межионного взаимодействия, а затем уменьшается и у сильных, и у слабых электролитов из-за уменьшения количества ионов в единице объема раствора.
При уменьшении концентрации электролита до очень малых значений (c 0; V ) удельная электрическая проводимость растворов электролитов приближается к удельной электрической проводимости чистой воды (10–5–10–6 См/м).
F Молярная электрическая проводимость (с) – это электрическая проводимость 1 моль электролита, находящегося в растворе между параллельными электродами с расстоянием между ними 1 м при напряженности электрического поля 1 В/м.
,
где с – молярная концентрация электролита, моль/м3.
Так как в химических расчетах молярную концентрацию обычно выражают в моль/л, то:
З ависимость молярной электрической проводимости от разведения (V = 1/c) представлена на рис. 6.
Рис. 6. Зависимость молярной электрической проводимости от разведения,
Т = сonst.
Молярная электрическая проводимость при разбавлении может только возрастать, так как при постоянном количестве растворенного вещества у слабых электролитов увеличивается общее число ионов за счет возрастания степени диссоциации (закон Оствальда), а у сильных электролитов за счет уменьшения межионного взаимодействия. При бесконечном разведении молярная электрическая проводимость перестает зависеть от концентрации и достигает максимального значения, называемого предельной молярной электрической проводимостью (о).
Предельная молярная электрическая проводимость ионов (о) – молярная электрическая проводимость электролита в бесконечном разбавленном растворе
Бесконечное разведение – это такое разведение, при котором у сильных электролитов межионное взаимодействие практически отсутствует, а у слабых – степень диссоциации достигает своего максимального значения для данного электролита, однако, у слабых электролитов степень диссоциации не достигает единицы.
Молярная электрическая проводимость при данном разведении (с) всегда меньше о. Отношение этих величин характеризует:
а) для сильных электролитов - коэффициент электрической проводимости:
б) для слабых электролитов – степень диссоциации:
- Предисловие Модуль курса общей химии «Основы электрохимии. Редокс-процессы и равновесия» для студентов медицинского вуза включает следующие подразделы (модульные единицы):
- Тема: Редокс-процессы (овр) и равновесия. Редокс-потенциалы, биологическая роль
- Краткая теоретическая часть
- Классификация овр
- Составление уравнений овр
- Направление овр
- Редокс-процессы (овр) в живых организмах
- Тема: Электрическая проводимость растворов электролитов. Кондуктометрия, ее применение в медико-биологических исследованиях
- Краткая теоретическая часть. Основные понятия, определения, формулы
- Электрическая проводимость. Удельная электрическая проводимость раствора.
- Закон независимого движения ионов Кольрауша
- Кондуктометрические методы анализа
- Использование кондуктометрии в медицине
- Электролиты в организме. Слюна как раствор электролитов
- Учебно-исследовательская лабораторная работа № 1 «Определение степени и константы диссоциации уксусной кислоты кондуктометрическим методом»
- Электродные потенциалы
- Стандартный электродный потенциал
- Классификация электродов
- Поэтому водородный электрод можно использовать в качестве индикаторного для определения рН среды.
- Активная концентрация восстановленной формы больше активной концентрации окисленной формы (рис. 12 а).
- Активная концентрация восстановленной формы меньше активной концентрации окисленной формы (рис. 12 б).
- Активные концентрации окисленной и восстановленной форм равны, но электронодонорная способность восстановленной формы не совпадает с электроноакцепторной способностью окисленной формы.
- Гальванические элементы
- Определение электродных потенциалов
- Тема: Биопотенциалы (диффузионные, мембранные)
- Краткая теоретическая часть Основные понятия, определения, формулы Диффузионный потенциал
- Мембранный потенциал
- Биоэлектрические потенциалы. Потенциалы покоя и действия
- Тема: Потенциометрия, применение в физико-химических методах исследования
- Краткая теоретическая часть Основные понятия, определения, формулы
- Стеклянный водородный электрод
- Электроды сравнения
- Определение рН биологических жидкостей
- Понятие о потенциометрическом титровании
- Учебно-исследовательская лабораторная работа № 2 «Потенциометрическое определение рН биологических жидкостей»
- Тема: Электрохимическая коррозия. Возникновение гальванопар при металлопротезировании. Коррозионная стойкость конструкционных стоматологических материалов
- Краткая теоретическая часть
- Учебно-исследовательская лабораторная работа № 3 «Образование микрогальванических элементов при контакте металлов»
- Обучающие задачи с решением
- Ответ: потенциал водородного электрода в исследуемом растворе равен –0,068 в.
- Задачи для самостоятельного решения
- Теоретические вопросы для студентов стоматологического факультета
- Теоретические вопросы для студентов медико-профилактического факультета
- Приложение
- 1.Основные величины, используемые в электрохимии
- Значения предельных подвижностей ионов (uо, м2/(вс)) в водных растворах при 298 к.
- 3. Предельная молярная электрическая проводимость ионов (, Смм2моль–1)
- Значения удельных электрических проводимостей
- 5. Стандартные восстановительные (редокс) потенциалы (25оС)
- 7. Потенциалы электродов сравнения
- Литература
- Оглавление
- Окисление глюкозы