Удельное сопротивление ряда биологических Жидкостей

Единицей измерения электропроводимости по Международной системе единиц СИ является Сименс (См = Ом^-1). Сименс равен электрической проводимости проводника сопротивлением в 1 Ом.

Подставив значение R в уравнение (2), получим:

(3)

Обратная величина удельного сопротивления (1/) называется удельной электропроводимостью и обозначается ж (каппа). Тогда

I = (4)

Единицей измерения удельной электропроводимости в системе СИ является См · м^-1 (Сименс на метр). Допускается также использование Ом^-1 · см^-1.

Удельная электропроводимость раствора электролита представляет собой электропроводимость 1 см³ раствора, помещенного между параллельными электродами площадью 1 см² при расстоянии между ними 1 см. Из уравнений (2) и (4) находим:

= (5)

Таким образом, для определения ж необходимо измерить сопротивление проводника и отношение его длины l к площади поперечного сечения S.

Для сравнения способности различных электролитов проводить электрический ток используется молярная электропроводимость :

= , Cм см² моль^-1, (6)

где C(1/z · X) – молярная концентрация эквивалента раствора электролита.

Молярной электропроводимостью называется электропроводимость такого объема раствора, который содержит 1 моль электролита и заключен между параллельными электродами, расположенными на расстоянии 1 см. Для молярной электропроводимости единицей измерения в системе СИ является См · м² · моль^-1, допускается также Ом^-1 · см² · моль^-1.

Удельная и молярная электропроводимости зависят от природы электролитов, свойств растворителя (диэлектрической проницаемости, вязкости), температуры, концентрации.

На рис. 1 представлена зависимость удельной электропроводимости от концентрации сильного (кривая аbd) и слабого (кривая ) электролитов.

Рис. 1. Зависимость удельной электропроводимости от

концентрации электролита

Возрастание удельной электропроводимости на участках аb и связано с увеличением общей концентрации ионов в растворе. Дальнейшее увеличение концентрации приводит в случае сильных электролитов к значительному усилению межионного взаимодействия и сначала препятствует росту электропроводимости, затем способствует ее снижению (участок bd). У слабых электролитов с увеличением концентрации раствора заметно снижается степень ионизации, что также вызывает снижение удельной электропроводимости (участок ).

Зависимость молярной электропроводимости от концентрации раствора более наглядно может быть представлена на рис. 2, если в качестве аргумента выбрать величину, обратную концентрации (1/С), часто называемую разведением.

Как видно, и в случае слабого электролита, и сильного электролита, молярная электропроводимость возрастает с увеличением 1/С, достигая предельного значения Эту величину принято называть предельной молярной электропроводимостью. Предельные молярные электропроводимости ионов приведены ниже (табл. 2).

Можно получить простое соотношение между удельной и молярной электропроводимостями, если учесть, что между электродами помещается определенный объем (V м³) раствора, содержащего 1 молярную концентрацию эквивалента, а электропроводимость 1 м³ раствора – это удельная электропроводимость, поэтому:

, (7)

где С – молярная концентрация эквивалента раствора электролита, моль/л. Тогда

= , См·см²/моль. (8)

Рис. 2. Зависимость молярной электропроводимости от

обратной концентрации (разведения).

1 – слабый электролит; 2 – сильный электролит

Как уже указывалось выше, величина V, обратная концентрации, называется разведением. Так как с уменьшением концентрации растет объем, то увеличивается разведение. Молярная электропроводимость определяется из измерений и всегда возрастает с увеличением разведения. При этом растет степень диссоциации , так как увеличивается число носителей тока. Поэтому по значениям молярной электропроводимости можно рассчитать степень диссоциации слабых электролитов.

Соответственно возрастанию степени диссоциации слабого электролита при разведении пропорционально увеличивается и молярная электропроводимость, достигая максимального значения при диссоциации всех молекул электролита:

= K· , См·см²/моль, (9)

где К – константа диссоциации.

Степень диссоциации выражают в процентах (от 0 до 100 %) или в долях единицы (от 0 до 1). Степень диссоциации неэлектролитов равна 0. Степень диссоциации электролитов меньше или равна единице и зависит от природы электролита, природы растворителя, от температуры и концентрации раствора. Чем больше разбавлен раствор, тем более полно происходит процесс диссоциации электролита. В бесконечно разбавленном растворе достигается полная диссоциация молекул ( = 1) и взаимодействие между ионами отсутствует, тогда молярная электропроводимость достигает предельного значения , т.е = В свою очередь, из уравнения (9) следует, что при  = 1, = К. Подставив значение К в уравнение (9), получим, что К =

= · , См·см²/моль, (10)

откудa (11)

где – молярная электропроводимость при данном разведении, вычисляется по формуле (8); – предельная молярная электропроводимость. Уравнение (11) называется уравнением Аррениуса.

В бесконечно разбавленном растворе каждый из ионов движется независимо от других и молярная электропроводимость в этом случае может быть представлена как сумма электропроводимостей ионов. Молярная электропроводимость, приходящаяся на ионы одного вида, называется подвижностью иона.

Следовательно, предельная молярная электропроводимость раствора будет равна сумме предельных подвижностей ионов:

(12)

где и – соответственно предельные подвижности анионов и катионов.

Эта зависимость установлена Кольраушом в 1879 г. и формулируется следующим образом:

«Величина молярной электропроводимости бесконечно разбавленного раствора электролита представляет собой сумму предельных подвижностей ионов« (закон Кольрауша). В табл. 2 приведены значения подвижностей некоторых ионов в водных растворах при 18 °С.

Таблица 2