Удельная электропроводность

СЛ. 10 (0) величина 1/r, обратная удельному сопротивлению, называемая удельной электропроводностью. Обозначается она буквой c (греч. «каппа»), С учетом этого обозначения уравнение (***) примет вид:

(1) Если S = 1 см², а l — 1 см, то L, = c. Удельная электропроводность электролита c представляет собой величину, обратную сопротивлению столба раствора длиной в 1 см и площадью сечения в 1 см². Измеряется удельная электропроводность в [Ом ^-1*см ^-1].

Поскольку в растворах электролитов при прохождении электри­чества ионы перемещаются между электродами и отдают свой заряд только на их поверхности, то в приведенной формуле S обозначает площадь, l — расстояние между электродами.

(2) Например, удельное сопротивление образца воды при 18°С равно r =2*10⁶ом• см. Удельная электропроводность этого образца воды будет равна:

Если мы опустим в эту воду два электрода площадью в 1 см², то при расстоянии между электродами в 1 см и разности потенциалов в 1 в сила тока будет равна 5 • 10^-7 а (при 18° С). Электропроводность растворов электролитов зависит от общего числа их ионов в единице объема раствора. Вследствие этого удельная электропроводность элек­тролитов зависит от концентрации раствора. По мере увеличения кон­центрации электролита удельная электропроводность сначала растет, а затем уменьшается, так как вместе с ростом числа ионов уменьшается ско­рость их перемещения, а также сте­пень диссоциации вещества. Первый фактор действует в растворах сильных электролитов, второй – в растворах сла­бых электролитов. При достижении оп­ределенной концентрации раствора влияние перечисленных факторов ста­новится настолько значительным, что дальнейшее увеличение концентрации приводит к уменьшению электропровод­ности (рис. 2 СЛ. 11).

Удельная электропроводность ра­створов электролитов зависит также от индивидуальных свойств ионов. Де­ло в том, что количество переносимого ионами электрического тока в растворе электролита зависит не только от числа ионов в единице объема, но и от скоро­сти их движения.

Известно, что различные ионы движутся в электрическом поле с неодинаковой скоростью. В табл. 1 СЛ. 12 приведены значения скорости движения некоторых ионов, отнесенные к падению потенциала в 1 в/см (абсолютные скорости движения ионов).

Таблица 1

Абсолютные скорости ионов (см*сек) в воде при 18°С и разности потенциалов 1 в/см

Как видно из табл. 1 скорости движения ионов при прохождении электрического тока в общем очень малы по сравнению со скоростями движения молекул в газах. Так, ион водорода в водной среде движется приблизительно в сто миллионов раз медленнее, чем молекула Н₂ в газообразной среде. Объясняется это тем, что ионы в воде гидратированы и при движении испытывают огромное сопротивление со стороны среды (растворителя). Из данных табл. 1 видно, что ионы Н⁺ и ОН^- обладают по сравнению со всеми другими ионами наибольшими абсолютными скоростями, что нельзя объяснить только малым ради­усом ионов Н⁺ и ОН^-. Радиус ОН^- -иона (1,40А°) соизмерим с радиусами других ионов, ион Н⁺ в водных растворах существует лишь в виде иона гидроксония Н₃О⁺, радиус которого также сравним с радиусами мно­гих ионов.

Электропроводность растворов зависит также и от заряда ионов: чем он выше, тем большее коли­чество электричества переносит ион с одного электрода на другой. Так, каждый двухзарядный анион отдает аноду два электрона, а одно­зарядный – только один.

Удельная электропроводность растворов зависит также от темпе­ратуры. Эта зависимость довольно сложная. При повышении темпе­ратуры скорость движения ионов возрастает в связи с уменьшением вязкости среды. Кроме того, изме­нение температуры влияет на степень электролитической диссоциации электролита и тем самым на электропроводность раствора. Повыше­ние температуры на 1°С ведет к ускорению движения ионов, а следо­вательно, к возрастанию электропроводности раствора на 1,5—2,7%.

Поскольку удельная электропроводность зависит от многих фак­торов, на основе ее изучения не представляется возможным- сделать каких-либо выводов общего характера. Поэтому для удобства учета влияния на электропроводность растворов электролитов их концентра­ции и взаимодействия между ионами Ленцем было введено понятие об эквивалентной электропроводности.