Теоретическая часть

Электрическое сопротивление R проводника (измеряется в омах – Ом) связано с линейными размерами проводника l и S –соответственно с длиной и площадью поперечного сечения.

Проводимость растворов обусловлена миграцией ионов,

т.е. направленным движением свободных ионов в электрическом поле между электродами. Вязкость среды затрудняет движение ионов, что и является причиной существования электрического сопротивления растворов.

Величина удельной электропроводности χ растворов, измеряемая в

См/м, обратная удельному сопротивлению, численно равна плотности тока в растворе при градиенте потенциала в нём 1 В/м в направлении движения ионов. Она определяется двумя факторами: во-первых, концентрацией и зарядом ионов и, во-вторых, скоростью их движения. Через эти факторы величина χ зависит от природы, концентрации и температуры раствора.

Удельная электропроводность слабых электролитов (кислот, оснований) сначала увеличивается с ростом концентрации, что обусловлено возрастанием концентрации ионов, т.е. числом носителей заряда в единице объёма, к которому и относится величина удельной электропроводности.

Однако, при высоких концентрациях электролита молекул воды недостаточно для формирования гидратной оболочки вокруг молекулы электролита, что затрудняет процесс электролитической диссоциации. Константа диссоциации при этом уменьшается с ростом концентрации, степень диссоциации резко падает, поэтому удельная электропроводность слабого электролита по достижению максимума в дальнейшем уменьшается.

Зависимость удельной электропроводности хорошо растворимых сильных электролитов от концентрации также проходит через максимум, причём в сильно разбавленных растворах эта зависимость практически линейная, что связано с увеличением концентрации носителей зарядов – ионов, пропорциональной концентрации электролита, а также отсутствием. При условии постоянства величины S по всей длине проводника.

В лабораторной практике величина удельной электропроводности часто выражается в См⋅см^-1 и относится к градиенту потенциала 1 В/см. взаимного тормозящего влияния ионов. При дальнейшем росте концентрации электролита появляются электрофоретический и релаксационный эффекты и линейная зависимость нарушается. При больших концентрациях торможение за счёт влияния этих эффектов растёт сильнее, чем концентрация ионов, поэтому удельная электропроводность падает.

Часто используют величину эквивалентной электропроводности раствора, соответствующую электропроводности объёма раствора, содержащего один моль-эквивалент между электродами, расстояние между которыми равно единице. Если величина χ выражена в См⋅см-1, то эквивалентная электропроводность описывается уравнением

λ =1000χ c ,

где с (моль-экв/л) – концентрация 1, а λ – в См⋅см²⋅моль-экв^-1. На величинуλ также влияют природа и концентрация раствора, температура. По мере разбавления раствора величина λ стремится к своему пре-

дельному значению λ₀, называемому эквивалентной электропроводностью при бесконечном разбавлении и равной сумме предельных эквивалентных электропроводностей (подвижностей) ионов λ. Эквивалентная электропроводность сильных электролитов связана с концентрацией (если последняя невелика) уравнением

λ = − a c _{0 .}

Концентрации, выраженной в моль/л, соответствует молярная электропроводность, обычно обозначаемой как μ. Сопротивление проводника, в том числе раствора, можно измерить, только пропустив через него электрический ток. Но при этом на электродах идут окислительно-восстановительные несамопроизвольные реакции – электролиз, требующий совершения работы на границе металл - раствор, и на ней возникает дополнительный скачок потенциала, называемый поляризацией. Поэтому падение напряжения на ячейке, кроме падения напряжения на сопротивлении раствора, включает также и сумму величин поляризации обоих электродов и оказывается существенно завышенным. Свести к минимуму погрешности измерения сопротивления раствора, обусловленные поляризацией, можно двумя способами.

Во-первых, использовать платинированные платиновые электроды,

истинная площадь поверхности, которых очень велика и поэтому плотность тока маленькая. Мала и поляризация.

Во-вторых, для измерения сопротивления использовать переменный ток. Но при этом необходимо применять мостовой метод измерения сопротивления. Мост переменного тока, образован четырьмя сопротивлениями, соединёнными последовательно и образующими своеобразный четырёхугольник. В одну диагональ моста подаётся переменное напряжение небольшой амплитуды, в другую через выпрямительную схему включается гальванометр. Изменяя соотношения между величинами сопротивлений моста, можно его уравновесить – гальванометр покажет отсутствие тока во второй диагонали. Часто два соседних сопротивления моста имеют постоянные величины,

отношение, которых равно 10m, где m - небольшое целое положительное или отрицательное число. При этом неизвестная величина третьего сопротивления Rx (в данном случае сопротивление раствора в ячейке) сравнивается с регулируемой величиной четвёртого сопротивления R′.

В данной работе сопротивление раствора электролита измеряется с

помощью реохордного моста переменного тока Р-38 в котором в роли сопротивления R′ выступает узел, называемый реохордом. Частота переменного напряжения, подаваемого на ячейку, равна 50 Гц. Относительная погрешность моста зависит от величины измеряемого сопротивления и составляет 5 % при сопротивлении меньше 30 Ом и 1,5 % при сопротивлении больше 30 Ом.

Мост включается в сеть переменного тока напряжением 220 В. При этом колодка сетевого кабеля должна быль вставлена в гнездо на панели прибора так, чтобы стрелка на панели моста совпадала с надписью 220 В на колодке кабеля. Ячейка для измерения сопротивления присоединяется к клеммам Rx.

Ячейка заключена в защитный держатель, который (вместе с ячейкой) помещается и воду термостата, позволяющего поддерживать температуру раствора в ячейке постоянной. В процессе работы с ячейкой присоединённые к ней провода не следует отключать от клемм ячейки.