Проводники первого и второго рода. Явления, связанные с перемещением ионов
Твердые и жидкие проводники, прохождение через которые электрического тока не вызывает переноса вещества в виде ионов, называются проводниками первого рода. Электрический ток в проводниках первого рода осуществляется потоком электронов (электронная проводимость). К таким проводникам относятся твёрдые и жидкие металлы и некоторые неметаллы (графит, сульфиды цинка и свинца). Растворы электролитов – это проводники второго рода. В них электрический ток обусловлен перемещением заряженных частиц (ионов) под действием приложенной разности потенциалов. В таких системах наблюдаются два типа явлений: • Явления, связанные только лишь с перемещением ионов (заряженных частиц) в растворе; • Явления, где изменяется механизм переноса электричества, так, называемые электродные процессы. Сейчас будет рассмотрена первая группа явлений, а электродные процессы будут рассмотрены в разделе «электрохимия». Способность растворов электролитов проводить электрический ток называется электропроводностью (L). Измерение электропроводности раствора называется кондуктомерией.Для измерения электропроводности раствора используются приборы, которые называются кондуктометры. Электропроводность – это величина, обратная сопротивлению проводника электрического тока R: L = 1/ R , [L]= ом-1 Сопротивление проводника электрического тока R пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника: ρ - удельное сопротивление, т.е. сопротивление проводника с длиной l =1 м и площадью сечения S =1 м2 (как видно, объем такого проводника 1 м3). Таким образом, единицы измерения [ρ]= Ом*м. Величина, обратная удельному сопротивлению называется удельной электропроводностью (χ - «капа»): [χ]= Ом-1*м-1 Очевидно, что электропроводность раствора зависит от концентрации ионов, но зависимость эта сложная: с увеличением концентрации ионов увеличивается количество носителей заряда, но с другой стороны, усиливается электростатическое взаимодействие, снижающее скорость их движения, а следовательно, и их способность проводить электрический ток, поэтому на графике (см. рис.χ =f(С)) представлена экстремальная зависимость, проходящая через maximum. Рис. Зависимость удельной электропроводности раствора от концентрации. Кроме этого, удельная электропроводность зависит и от скорости движения ионов, которая обусловлена: • Разной природой ионов (их размером, зарядом, степенью гидратации); • Разной природой растворителя (его диэлектрической проницаемостью, вязкостью); • Различными внешними условиями (например, температурой). Известно, что повышение температуры раствора на 1оС увеличивает величину удельной электропроводности на 2 – 2,5 % вследствие уменьшения вязкости раствора. Для устранения двойственного (экстремального) влияния концентрации электролита на электропроводность его раствора, вводят понятие эквивалентной электропроводности (λ -«лямбда»), т. е. электропроводности раствора, приведенной к единичной его концентрации. Эквивалентная электропроводность раствора – это электропроводность раствора, содержащего один эквивалент электролита в 1 м3 раствора, и поэтому для каждого конкретного раствора, может быть легко определена по формуле:
[λ] = ом-1* экв-1*м2 Рис. Зависимость эквивалентной электропроводности раствора от концентрации. λv – эквивалентная электропроводность при данной концентрации раствора, СN – нормальная концентрация раствора. С уменьшением концентрации раствора (с увеличением разведения раствора) (см. рис.λv = f(разбавление)) эквивалентная электропроводность достигает предельного значения при бесконечном разведении раствора (λ оо). Таким образом, эквивалентная электропроводность при бесконечном разведении (λ∞) зависит только от скорости движения ионов. Закон Кольрауша. Было установлено, что при бесконечном разведении катионы и анионы электролитов движутся и, следовательно, проводят электрический ток независимо друг от друга: λ оо = λ к + λ а Это утверждение носит название закон Кольрауша.В этом законе величиныλ к и λ а имеют смысловое значение подвижностей катиона и аниона, соответственно. Они измеряются экспериментально в единицах эквивалентной электропроводности: λ к = F * Uk ; λ а = F * Ua F - число Фарадея (96480 кулонов) Uk и Ua - абсолютные скорости движения катиона и аниона, соответственно. ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|