Изучение физико-химических свойств систем, модифицированных лигносульфонатами
Электропроводность растворов полиэлектролитов. Методические приемы и расчеты
жүктеу/скачать 0,52 Mb.
|
| Электропроводность растворов полиэлектролитов. Методические приемы и расчеты. Растворы полиэлектролитов способны проводить электрический ток, поэтому они характеризуются определённым удельным электрическим сопротивлением ρ (ρ это сопротивление проводника длиной 1 м с поперечным сечением 1 м2). Величин обратная удельному электрическому сопротивлению, есть удельная электропроводность, она обозначается через æ (каппа):
æ=1/ρ (1) Удельная электропроводность характеризует электропроводность раствора полиэлектролита объёмом 1 м3, заключённого между двумя электродами, которые расположены на расстоянии 1м и имеют площадь 1 м2. Удельное сопротивление любого проводника, в том числе и растворов электролитов (полиэлектролитов), определяется следующим образом: ρ= R* S / L (2) где ρ - удельное сопротивление; S - площадь сечения проводника; L - длина проводника. R - общее сопротивление проводника. В соответствии с формулой (2) единицей измерения удельного электрического сопротивления будет – Ом-1·м-1, а удельной электропроводности - Ом -1·м-1. Единицу, обратную ому, называют сименсом (См), тогда удельная электропроводность будет измеряться в См/м. Физический смысл удельной электропроводности можно уяснить, если обратиться к закону Ома, представленном в следующем виде: I = UR, (3) где I - сила тока; U - напряжённость электрического поля, В/м; R - общее сопротивление. Подставим в (3) значение сопротивления R из уравнения (2): I = US/ρL (4) Если S = 1 м2, L = 1 м, U = 1 В/м, то из уравнения (4) с учётом равенства (1) получим: I= 1/ρ = æ (5) В соответствии с этим равенством удельная электропроводность численно равна силе тока I, создаваемого ионами в 1 м3 раствора электролита и проходящего через сечение в 1 м2 при напряжённости внешнего электрического поля, равной I В/м. Удельная электропроводность зависит от температуры и от концентрации раствора электролита (полиэлектролита). При повышении температуры увеличивается скорость движения ионов, и, следовательно, возрастает электропроводность. Опытным путём установлено, что с ростом температуры на один градус удельная электропроводность увеличивается примерно на 2-2,5 %. В области небольших концентраций для сильных электролитов происходит увеличение удельной электропроводности. Это естественно, так как с ростом концентрации увеличивается число носителей электричества, т. е. ионов. Но подобный рост не безграничен; æ может достигать максимума, а затем резко уменьшатся. Это объясняется тем, что по мере роста концентрации сильного электролита в растворе образуется большое число ионов противоположных знаков, взаимное влияние которых снижает скорость их движения, следствием чего является снижение удельной электропроводности. Для слабых электролитов причина наличия максимума значения æ та же, что и для сильных, но так как в их водных растворах ионов относительно мало, резкого изменения удельной электропроводности в зависимости от концентрации не наблюдается. В 1 м3 раствора разных электролитов при определении удельной электропроводности содержится различное количество растворённого вещества, что исключает возможность сопоставления значений удельной электропроводности растворов разных электролитов. По этой причине необходимо ввести понятие о мольной (молярной) электропроводности λ (лямбда): это электропроводность 1 моля раствора электролита, заключённого между двумя пластинами, расположенными на расстоянии 1 м. Значения мольной электропроводности разных электролитов можно сопоставлять. Она измеряется в Ом-1·м2·моль-1 или См·м2·моль-1. Между мольной и удельной электропроводностью существует связь: λ = æ/С (6), λ = 1000 · æ/С (7) Мольная электропроводность, в противоположность удельной, с ростом концентрации сильных полиэлектролитов изменяется незначительно, однако в растворах слабых полиэлектролитов эти изменения довольно существенные. Для сильных электролитов по мере роста концентрации наблюдается линейное и относительно небольшое снижение λ. Это вызвано торможением ионов во внешнем электрическом поле вследствие их электростатического взаимодействия. Торможение обусловлено двумя эффектами - релаксационным и электрофоретическим. Каждый ион в растворе окружён ионами противоположного знака, которые образуют так называемую ионную атмосферу. Заряд её равен по величине, но противоположен по знаку заряду центрального иона. Плотность ионной атмосферы различна: чем разбавленнее раствор, тем плотность её меньше, чем концентрированнее раствор, тем плотность атмосферы больше и больше её влияние на центральный ион. Под действием внешнего электрического поля центральный ион выходит из ионной атмосферы, которая вновь воссоздаётся для его нового положения. Образование и разрушение ионной атмосферы происходит с относительно большой, но конечной скоростью. В связи с тем, что ионная атмосфера создаётся не мгновенно, заряд её позади движения иона будет больше, чем впереди. Движение ионной атмосферы не успевает за движением центрального иона, и происходит её деформация. Возникает релаксационный эффект - торможение движения иона за счёт неравномерной ионной атмосферы. Кроме того, ионная атмосфера под действием внешнего электрического поля движется в направлении, обратном направлению движения иона. Возникает электрофоретический эффект - торможение движения иона за счёт движения ионной атмосферы. Такие представления о структуре растворов сильных полиэлектролитов позволили получить зависимость эквивалентной электрической проводимости от концентрации: жүктеу/скачать 0,52 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|