Вимірювання електропровідності

Електропровідність розчинів електролітів визначають, вимірюючи їх опір протіканню електричного струму між двома зануреними в розчин електродами. Звичайно для цього застосовують змінний струм частотою 500-800Гц, що дозволяє значно зменшити вплив процесів електролізу та поляризації на результати вимірювань. Для дослідів застосовують спеціальні мости опору, одним з плечей яких служить посудина з впаяними платиновими електродами різних конструкцій. Важливо, щоб форма та розміщення електродів, об’єм електроліту і температура під час вимірювань залишались незмінними. На рис.15 показано конструкцію одного з датчиків, що з успіхом застосовується для вимірювань електропровідності розчинів у лабораторній практиці. Вимірюючи електропровідність розчинів, можна визначити розчинність малорозчинних солей у воді чи грунті, вологість різних об’єктів, вміст кислот у розчинах та ін.

Рис.15. Схема посудини для вимірювання електропровідності розчинів електролітів:

1 – розчин електроліту; 2 - електроди; 3 - кожух для подачі теплоносія.

3. Електродний потенціал. Рівняння нернста

Якщо занурити металеву пластинку (електрод) у розчин електроліту, то між пластинкою і розчином виникає різниця потенціалів, яка має назву електродного потенціалу.

На рис. 16 зображено процеси, що протікають на межі розділу фаз: в результаті гідратації іонів поверхні металу (Меⁿ⁺) їх зв’язок з кристалічною граткою послаблюється, і вони переходять в розчин. Поверхня металу набуває негативного заряду. Процес швидко досягає стану рівноваги.

При цьому на поверхні металу виникає подвійний електричний шар, падіння напруги в якому називають електродним потенціалом. Кількість іонів, які переходять у розчин з металу, безумовно залежить від їх концентрації в ньому.

Електростатичному притяжінню протидіють сили взаємного відштовхування катіонів та їх тепловий рух. Тому подвійний електричний шар має дифузійну будову, концентрація катіону в ньому убуває по мірі віддалення від поверхні металу.

Виникнення подвійного електричного шару пов”язане з протіканням на межі метал – розчин рівноважних електрохімічних реакцій.

Рис. 16. Перехід іонів металу в розчин під впливом гідратації.

Електродний рівноважний потенціал залежить від активності іонів металу в розчині і температури.

Цю залежність виражають рівнянням Нернста:

Е = Е^о + lna,

де Е - електродний потенціал, В;

Е^о – стандартний електродний потенціал – потенціал електроду при активності іонів, що дорівнює 1;

R - універсальна газова стала; R = 8,314 ;

Т – температура, К;

n-зарядове число іона;

F- cтала Фарадея; F = 9,648 10⁴

а - активність іонів в розчині.

Для досить розведених розчинів активність іонів в рівнянні Нернста можна замінити моляльністю m, або концентрацією:

Е = Е^о + lnm або Е = Е^о + lnс

Для температури 298 К (25^оС) рівняння Нернста при переході від натурального логарифма до десятичного приймає ще постійний вигляд:

Е = Е^о + lgm

Абсолютне значення електродного потенціалу безпосередньо визначити неможливо. Тому для проведення дослідів застосовують умовну величину, що характеризує потенціал електроду відносно потенціалу іншого електроду, взятого за стандарт (електрод порівняння).

Звичайно в якості електроду порівнювача використовують стандартний водневого електрод, потенціал якого дорівнює нулю.

Стандартний електродний потенціал – це електродний потенціал, що виникає при зануренні металу у розчин, в якому активність іонів цього металу становить 1 моль/л.

Відносно потенціалу цього електроду, всі стандартні потенціали металевих електродів будуть або позитивнішими, або від”ємнішими від нього.

Якщо розташувати метали в порядку зростання значень їх стандартних потенціалів, то одержимо ряд стандартних електродних потенціалів, або електрохімічний ряд напруг:

Таблиця 1.8