Методика экспериментального определения электрической проводимости растворов
При определении электрической проводимости растворов используют обычную мостовую схему, применяемую для проводников 1-го рода. На её базе созданы различные приборы, которые имеют свои преимущества и недостатки.
Измерение электропроводимости в нашем практикуме можно осуществить несколькими способами.
Методика измерения электрической проводимости с использованием мостовой схемы. Для растворов (и расплавов) электролитов используют мосты, работающие на переменном токе, так как прохождение постоянного тока через раствор приводит к явлениям поляризации и электролиза на электродах, что может привести к большим ошибкам. Для измерений нужен переменный ток достаточно высокой частоты, поэтому кондуктометрическая установка содержит генератор переменного тока от 50 до 1000 Гц и выше, а также может содержать вентили для выпрямления тока перед прохождением через нуль – инструмент и устройства для компенсации емкостных эффектов.
При равновесии моста (рис. 11) ток в его измерительной диагонали равен нулю. При этом
и
,
где
,
,
- известные сопротивления;
− измеряемое сопротивление в
электролитической ячейке. С другой
стороны
может быть представлено как
,
(20)
где
− расстояние между электродами;
− площадь электродов;
- удельное сопротивление.
Расстояние между электродами и их площадь определяют геометрические характеристики электролита, через который проходит ток (путь тока и его сечение). Эти величины не поддаются простым измерениям. Вместе с тем, для данной ячейки вне зависимости от природы и концентрации раствора очевидно, что
.
Величина
называется емкостью или постоянной
сосуда (электролитической ячейки).
Для
растворов обычно вместо удельного
сопротивления
используют обратную величину
,
которую называют удельной электрической
проводимостью:
.
Тогда уравнение (20) можно записать в
виде
или
,
откуда
.
Для нахождения постоянной электролитической ячейки измеряют в ней сопротивление электролита с известной электрической проводимостью. Чаще всего при этом используют растворы хлорида калия различной концентрации и тогда:
(21)
где
− сопротивление ячейки с раствором
.
Удельная электрическая проводимость растворов хлорида калия при разных концентрациях и температурах приведена в табл. 6.
Таблица 6
Удельная электрическая проводимость растворов хлорида калия при различных температурах, См∙см-1
Концентрации, с, моль/дм3 |
Температура, 0С |
|||
19 |
20 |
22 |
24 |
|
0,01 |
1,225∙10-3 |
1,278∙10-3 |
1,322∙10-3 |
1,386∙10-3 |
0,02 |
2,397∙10-3 |
2,501∙10-3 |
2,606∙10-3 |
2,712∙10-3 |
0,1 |
11,19∙10-3 |
11,67∙10-3 |
12,15∙10-3 |
12,64∙10-3 |
Удельную
электрическую проводимость исследуемых
растворов (
)
рассчитывают по известной величине
постоянной ячейки
и измеренному сопротивлению
.
(22)
При использовании реохордных мостов к недостаткам методики можно отнести громоздкость аппаратуры, возможность измерения только одного параметра – электрического сопротивления раствора с последующим расчетом электрической проводимости, что означает длительное время эксперимента, к тому же необходимо определение постоянной ячейки. Преимущества метода заключаются в том, что мостовую схему можно применять при кондуктометрическом титровании, в том числе смесей, при разных температурах, так как можно использовать электролитические ячейки различной конструкции, в том числе удобные для помещения в термостат. Полученные результаты по электрическому сопротивлению могут быть исходными данными для определения ряда электрохимических характеристик раствора.
Работа 6