Вимірювання електропровідності

Електропровідність розчинів електролітів визначають, вимірюючи їх опір протіканню електричного струму між двома зануреними в розчин електродами. Зазвичай 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, м ожна 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

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

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

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 притяганню 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.

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 с:

Е = Е^о + lnm або Е = Е^о + lnс

Для температури 298 К (25^оС) рівняння Нернста при переході від натурального логарифма до десяткового 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).

Зазвичай як електрод порівняння використовують стандартний водневий електрод, потенціал якого дорівнює нулю.

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

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

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

Таблиця 1.8