Электропроводность растворов электролитов

Удельная электропроводность растворов электролитов

Электрический ток есть упорядоченное перемещение заряженных частиц. Растворы электролитов обладают ионной проводимостью (являются т.н. проводниками второго рода), т.е. электропроводность растворов электролитов обусловлена перемещением ионов в электрическом поле (в отличие от электронной проводимости проводников первого рода).

Величина преимущественного передвижения иона в направлении одного из электродов при прохождении тока через раствор отнесённая к градиенту потенциала 1 В/см, есть абсолютная скорость движения иона. Абсолютные скорости движения ионов имеют величины порядка 0,0005 – 0,003 см²/(В·с).

В качестве количественной меры способности раствора электролита проводить электрический ток используют обычно удельную электропроводность κ (каппа).

Величина удельной электропроводности электролита зависит от ряда факторов:

 -природы электролита; - температуры; - концентрации раствора.

Удельная электропроводность растворов электролитов (в отличие от электропроводности проводников первого рода) с увеличением температуры возрастает, что вызвано увеличением скорости движения ионов за счет понижения вязкости раствора и уменьшения сольватированности ионов.

Рис. 3 Зависимость удельной электропроводности электролитов от концентрации
(1 – H₂SO₄, 2 – KOH, 3 – CH₃COOH)

Как видно из рисунка, с увеличением концентрации удельная электропроводность растворов сначала возрастает, достигая некоторого максимального значения, затем начинает уменьшаться. Эта зависимость очень чётко выражена для сильных электролитов и значительно хуже для слабых. Наличие максимума на кривых объясняется тем, что в разбавленных растворах сильных электролитов скорость движения ионов мало зависит от концентрации, и κ сначала растет почти прямо пропорционально числу ионов; с ростом концентрации усиливается взаимодействие ионов, что уменьшает скорость их движения. Для слабых электролитов наличие максимума на кривой обусловлено тем, что с ростом концентрации уменьшается степень диссоциации, и при достижении определенной концентрации число ионов в растворе начинает увеличиваться медленнее, чем концентрация. Для учета влияния на электрическую проводимость растворов электролитов их концентрации и взаимодействия между ионами введено понятие молярной электропроводности раствора.

РН растворов

Т.к. концентрации водорода и гидроксид-ионов очень маленькое число, то для удобства введено понятие рН - раствора.

рН - раствора  - значение десятичного логарифма молярной концентрации ионов водорода, взятого с обратным знаком, т.е. зная концентрацию ионов водорода (Н⁺), можно определить рН и наоборот:

рН равен 7 -  среда нейтральная,

рН больше  7 -  среда щелочная (Н⁺) больше 10^-7

рН меньше 7  -   среда кислая   (Н⁺) меньше 10^-7

Ионное произведение воды.Константа воды . Эту константу для воды называют ионным произведением воды. Ионное произведение воды зависит только от температуры; при повышении температуры оно увеличивается.

При диссоциации воды (см. уравнение выше) на каждый ион Н⁺ образуется один ион ОН , следовательно, в чистой воде концентрации этих ионов должны быть одинаковы: [H⁺] = [ОН ]. Используя значение ионного произведения воды, находим:

Такова концентрация ионов Н⁺ и ОН в чистой воде. Рассмотрим, как изменится концентрация при добавлении других веществ, например соляной кислоты. Соляная кислота — сильный электролит, диссоциирующий в воде на ионы H⁺ и Cl . Следовательно, концентрация ионов Н⁺ в растворе будет увеличиваться. Однако ионное произведение воды от концентрации не зависит, поэтому при увеличении [Н⁺] должна уменьшаться [ОН ].

Напротив, если к воде добавить щелочь, то концентрация [ОН ] увеличится, а[Н⁺] уменьшится. Таким образом, концентрации [Н⁺] и [ОН ] взаимосвязаны: чем больше одна величина, тем меньше другая, и наоборот.

Кислотность растворов обычно выражают через концентрацию ионов Н⁺. В кислых растворах [Н⁺]>10^-7 моль/л, в нейтральных [Н⁺] = 10^-7 моль/л, в щелочных [Н⁺]< 10^-7 моль/л.

рН раствора.Чтобы не писать числа с показателем степени, кислотность раствора часто выражают через отрицательный логарифм концентрации ионов водорода, называя эту величину водородным показателем и обозначая ее рН: