Электропроводность, электрофоретический и релаксационные эффекты
Электропроводность (электри́ческаяпроводи́мость, проводимость) — способность тела (среды) проводить электрический ток. Также физическая величина, характеризующая эту способность и обратная электрическому сопротивлению.[См] =[ Ом-1]
Электропроводность среды (вещества) связана со способностью заряженных частиц (электронов, ионов), содержащихся в этой среде, достаточно свободно перемещаться в ней. Величина электропроводности и ее механизм зависят от природы (строения) данного вещества, его химического состава, агрегатного состояния, а также от физических условий, прежде всего таких, как температура.
В растворах сильных электролитов изменение молярной электрической проводимости с ростом концентрации обусловлено влиянием электростатического взаимодействия на скорость их движения, а следовательно, на их и подвижность. При этом коэффициент электрической проводимости электролита fλ уменьшается, и уменьшается молярная электропроводность электролита λС:
λС = fλ·λ0.
λ0 - эквивалентная электропроводность при бесконечном разведении.
λС - эквивалентная электропроводность при заданной концентрации.
Максимальное значение молярной электрической проводимости λ0 электролит имеет при бесконечном разведении.
На основе электростатической теории сильных электролитов Дебай. Хюккель и Онзагер получили выражение для молярной электрической проводимости бесконечно разбавленных растворов сильных электролитов. Изменение молярной электрической проводимости растворов сильных электролитов с изменение концентрации Дебай и Хюккель объясняли торможением движения ионов в электрическом поле из-за их электростатического взаимодействия. С увеличением концентрации раствора ионы сближаются, и электростатическое взаимодействие между ними возрастает. При этом усиливаются два эффекта, вызывающие электростатическое взаимное торможение ионов: электрофоретический и релаксационный.
|
|
|
Все ионы окружены ионными атмосферами, в которых преобладают ионы противоположного знака заряда. Электрофоретический эффект заключатся в том, что под действием внешнего электрического поля ионы и их ионные атмосферы движутся в противоположных направлениях. Таким образом, движение ионов какого-либо знака будет происходить в среде, перемещающейся в противоположном направлении. Сила трения пропорциональна скорости движения. Уменьшение электрической проводимости должно быть пропорционально электрофоретической силе трения.
Было установлено, что образование и разрушение ионной атмосферы в процессе движения ионов происходит с большой, но конечной скоростью. Характеристикой этой скорости служит время релаксации, которое рассматривают как величину обратную скорости создания или разрушения ионной атмосферы. Время релаксации зависит от ионной силы раствора, его вязкости и диэлектрической проницаемости.
|
|
|
При перемещении центрального иона проходит время, пока старая ионная атмосфера не разрушится и не сформируется новая. Поэтому позади иона будет всегда находиться некоторый избыток заряда противоположного знака, и возникающие электрические силы притяжения будут тормозить его движение. Этот эффект торможения называется релаксационным.
Уменьшение электропроводности с ростом концентрации раствора электролита описывается уравнением:
λС =λ0 – ΔλЭФ. – ΔλРЕЛ,
где ΔλЭФ – изменение молярной электропроводности связанное с электрофоретическим эффектом торможения;
ΔλРЕЛ – изменение молярной электропроводности связанное с релаксационным эффектом торможения.
Для водных растворов 1-1-валентных электролитов при Т =298К Онзагером было получено уравнение, описывающее зависимость молярной электропроводности от концентрации раствора:
λС =λ0 – (А + В·λ0)· 
,
|
|
|
где А и В – константы, зависящие от температуры, диэлектрической проницаемости и вязкости растворителя.
Это уравнение является теоретическим обоснованием эмпирического уравнения Кольрауша для разбавленных растворов, называемого «законом квадратного корня»:
λС =λ0 – а ,
где а – эмпирический коэффициент.
Опираясь на это уравнение, можно графическим методом определить молярную электропроводность раствора сильного электролита при бесконечном разведении.
1. Релаксационный эффект торможения связан с существованием ионной атмосферы. При перемещении под действием внешнего электрического поля центральный ион выходит из центра ионной атмосферы, которая вновь воссоздается в новом положении иона. Этот процесс происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени (времени релаксации). Поэтому заряд ионной атмосферы позади центрального иона больше, чем впереди. Возникающие при этом силы электростатического притяжения тормозят движение иона.
2. Электрофоретический эффект торможения. Этот эффект торможения возникает за счет того, что сольватированная ионная атмосфера, обладая зарядом, противоположным по знаку заряду центрального иона, движется в противоположном направлении. Таким образом, сольватированный центральный ион под действием электрического напряжения перемещается не в неподвижной среде, а в среде, перемещающейся ему навстречу, что приводит к снижению его скорости движения.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 4361; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!