Раздел 3. Электрические свойства жидкостей
§8 Электрические свойства жидкостей
Вещества, в которых при прохождении через них электрического тока происходят химические реакции, называются электролитами или проводниками второго рода.
В качестве примеров можно привести:
водные растворы солей;
водные растворы кислот и щелочей;
расплавы солей, которые в твёрдом состоянии являются ионными кристаллами.
Носители тока в электролитах – ионы, на которые расщепляются (диссоциируют) молекулы растворённого в воде вещества.
В растворе каждая молекула растворённого вещества находится в окружении молекул вещества растворителя. Поскольку молекулы растворителя и растворённого вещества являются полярными, то они распределяются в растворе как показано на рисунке 8.1.
Рисунок 8.1 – Взаимное расположение в растворе молекул растворителя и растворённого вещества.
Из-за ослабления связей между катионами и анионами, вызванного силами электрических взаимодействий, молекулы веществ могут диссоциировать. Иногда при встрече катиона и аниона молекулы исходного вещества снова соединяются – рекомбинируют. Таким образом, в растворе одновременно протекают два физических процесса:
диссоциация молекул веществ;
рекомбинация молекул веществ.
Если количество
диссоциирующих молекул
равно количеству рекомбинирующих
,
то устанавливается равновесное
состояние раствора.
Этому состоянию характерна степень
диссоциации, называемая коэффициентом
диссоциации
.
Пусть – это число молекул растворённого вещества в единице объёма раствора, тогда:
– число
диссоциировавших молекул данного
вещества в этой же единице объёма
раствора;
– оставшееся
число молекул вещества.
Таким образом,
количество молекул растворённого
вещества в единице объёма раствора
определяется выражением
.
Пусть в единицу
времени диссоциировало
,
а рекомбинировало
молекул растворённого вещества. Тогда:
, (8.1)
. (8.2)
В выражениях (8.1),
(8.2) коэффициенты
и
– это коэффициенты пропорциональности,
зависящие от природы растворённого
вещества и растворителя. При увеличении
значения величины диэлектрической
проницаемости растворителя
,
значения коэффициентов пропорциональности
и
возрастают.
Известно, что в
равновесном состоянии раствора
обязательно выполнение условия
,
а это значит, что и правые части выражений
(8.1), (8.2) можно приравнять
,
или
. (8.3)
Если, раскрыв
скобки, левую и правую части выражения
(8.3) разделить на величину
,
то получится квадратное уравнение вида
(8.4):
. (8.4)
Квадратное уравнение (8.4) имеет два решения:
. (8.5)
Поскольку, по
определению,
,
вариант решения со знаком «–» не
учитывается. Тогда второе слагаемое
(8.5) преобразовывается к виду:
,
а выражение (8.5) с
учётом
примет вид (8.6)
. (8.6)
Из (8.6) следует, что
при условии
значение коэффициента
.
Это говорит о том, что в слабых или
сильноразбавленных растворах все
молекулы растворённого вещества
оказываются диссоциированными. При
увеличении
коэффициент
пропорционален отношению
.
При невысоких температурах ионы бывают окружены молекулами растворителя (рисунок 8.2).
Рисунок 8.2 – Ион растворённого вещества, окружённый молекулами растворителя
Это явление носит название сольвация. Если раствор является водным, то явление носит название гидратация. При повышении температуры раствора размеры сольвата начинают уменьшаться.