webdonsk.ruПрибор для определения электропроводности растворов как сделать
Добавил пользователь Skiper Обновлено: 10.09.2024
В зависимости от природы токопроводящих частиц и от их электропроводности все вещества можно условно разделить на пять групп.
1. Непроводящие тела, или изоляторы.
2. Проводники первого рода, или электронопроводящие тела.
3. Полупроводники – вещества, в которых ток переносится электронами и дырками.
4. Проводники второго рода, или ионные проводники, - вещества, в которых ток переносится ионами.
5. Смешанные проводники – тела, сочетающие электронную ионную проводимости.
Исследуемая a-аминокислота относится к проводникам второго рода, для которых характерна ионная проводимость.
Цель данной работы заключается в определении эквивалентной электропроводности лизина и установлении зависимости эквивалентной электропроводности от концентрации.
Обзор литературы
Мерой способности веществ проводить электрический ток является электрическая проводимость L – величина, обратная электрическому сопротивлению R. Так как,
где r – удельное сопротивление, Ом*м; S – поперечное сечение, м 2 ; 1/r = – удельная электрическая проводимость.
Удельная электрическая проводимость раствора электролита (Ом -1 *см -1 ) – это электрическая проводимость объема раствора, заключенного между двумя параллельными электродами, имеющими площадь 1 м 2 и расположенными на расстоянии 1 м друг от друга.
Кривая зависимости удельной электропроводности раствора от концентрации обычно имеет максимум. Наличие максимумов кривых становится понятным, если учесть, что в разбавленных растворах сильных электролитов скорость движения ионов почти не зависит от концентрации, и электропроводность растет почти прямо пропорционально числу ионов, которое, в свою очередь, растет с концентрацией. В концентрированных растворах сильных электролитов ионная атмосфера существенно уменьшает скорость движения ионов, и электропроводность падает. В слабых электролитах плотность ионной атмосферы мала и скорость движения ионов мало зависит от концентрации, однако с увеличением концентрации раствора заметно уменьшается степень диссоциации, что приводит к уменьшению концентрации ионов и падению электропроводности.
Молярная электрическая проводимость раствора – мера электрической проводимости всех тонов, образующихся при диссоциации 1 моль электролита при данной концентрации. Она численно равна электрической проводимости объема V(м 3 ) раствора заключенного между двумя параллельными электродами, с межэлектродным расстоянием 1 м, причем каждый электрод имеет такую площадь, чтобы в этом объеме содержался 1 моль растворенного вещества. Между молярной и удельной электрическими проводимостями имеется соотношение: l= V= /с, где l – молярная электрическая проводимость; - удельная электрическая проводимость; V – разведение раствора, м 3 /моль; с – концентрация, моль/м 3 . С увеличением разведения молярная электрическая проводимость стремится к предельному значению . Эта величина отвечает электрической проводимости гипотетического бесконечно разбавленного раствора, характеризующегося полной диссоциацией электролита и отсутствием сил электростатического взаимодействия между ионами. Величина молярной электрической проводимости бесконечно разбавленного раствора электролита представляет собой сумму двух независимых слагаемых, каждая из которых соответствует определенному виду ионов. Рост молярной электрической проводимости с увеличением разведения для слабых электролитов может быть объяснен на основе представлений классической теории электролитической диссоциации, согласно которой с увеличением разведения степень диссоциации электролита возрастает и в пределе стремится к 1. Для сильных электролитов, диссоциирующих полностью, Изменение молярной электрической проводимости от концентрации для сильных электролитов объясняется иначе. По теории Дебая – Онзагера снижение молярной электрической проводимости при переходе от бесконечно разбавленного раствора к растворам конечных концентраций связано с уменьшением скоростей движения ионов. Это объясняется появлением эффектов торможения движения ионов, возникающих за счет сил электростатического взаимодействия между ионом и его ионной атмосферой.
Эквивалентная электропроводность (Ом -1 *см 2 *моль -1 ) – это электрическая проводимость такого объема раствора, в котором содержится 1 моль эквивалентов растворенного вещества, причем электроды находятся на расстоянии 1 см друг от друга.
Электропроводность растворов электролитов зависит в первую очередь от природы электролита и растворителя. Если сравнить между собой значения молярной электропроводности, измеренной в водных растворах при бесконечно больших разбавлениях, то наибольшей она будет у кислот, затем у щелочей и, наконец, у солей.
В водных растворах удельная электрическая проводимость электролитов при повышении концентрации раствора сначала увеличивается, достигает некоторого максимума и затем, при дальнейшем увеличении концентрации, уменьшается. Положение максимума зависит от природы электролита и его температуры. Эквивалентная электропроводность водных растворов электролитов уменьшается с ростом их концентрации. При нулевой концентрации, когда lс = l0, она наибольшая. Часто молярную электропроводность l выражают как функцию разведения. В этом случае наблюдается рост электропроводности с разведением, причем в области больших разведений она стремится к некоторому пределу – к электропроводности при бесконечном разведении .
Кольрауш нашел, что в области малых концентраций молярная электропроводность сильного электролита изменяется с концентрацией по эмпирическому уравнению
закон квадратного корня (А – эмпирическая константа). При несколько более высоких концентрациях сильных электролитов лучшее согласие с опытом дает уравнение
закон кубического корня.
Температурная зависимость молярной электропроводности для узкого интервала температур выражается уравнением:
или, в более широком интервале:
где lt, lt=0 – молярные электропроводности соответственно при температуре t и 0 ?С; a и v – эмпирические коэффициенты.
На электропроводность слабых и сильных электролитов влияет кроме температуры также давление, под которым находится раствор. Молярная электропроводность для большинства сильных электролитов при прогрессирующем увеличении давления вначале возрастает, достигает некоторого максимума, а затем вновь уменьшается, часто до значений более низких, чем те, которые наблюдаются при обычном давлении.
Измерение электропроводности растворов
Для измерения электрической проводимости раствора прибегают к измерению его сопротивления. Раствор помещают в специальный сосуд, имеющий два металлических электрода. Измерение может быть проведено как с помощью постоянного, так и с помощью переменного тока.
Электропроводность электролитов обычно определяется при помощи мостовой схемы, используемой для измерения сопротивления проводника первого рода. В случае растворов электролитов применяются мосты, работающие на переменном токе, так как прохождение постоянного тока через растворы приводит к значительным ошибкам, связанным с явлениями электролиза и поляризации (изменение состава раствора вблизи электродов, изменение состояния электродов, наложение электродной поляризации на подаваемое напряжение). Необходимость применения переменного тока достаточно высокой частоты (для избежания указанных ошибок) усложняет измерительную схему. Изменение направления тока служит оптимальным средством для устранения поляризационного сопротивления. Кроме моста она содержит генератор переменного тока, а также специальные устройства для выпрямления тока перед прохождением его через нуль-инструмент и для компенсации емкостных эффектов.
 |
Основой установки для определения электропроводности раствора электролита служит мост Уитстона, образованный контуром из четырех сопротивлений. На одну из диагональ моста подается питание от генератора синусоидального напряжения, а на другой диагонали регистрируется сигнал так называемым индикатором нуля, в качестве которого обычно применят осциллограф.
Электроды в сосуде изготовлены из платины. Для того чтобы понизить поляризационное сопротивление, их платинируют. Этим резко повышают площадь поверхности электродов, снижая тем самым плотность протекающего тока. Сопротивление сосуда зависит не только от удельной проводимости раствора, площади электродов и расстояния между ними, но и от взаимного расположения и объема раствора в сосуде, так как в переносе электричества участвует значительно больший объем раствора, чем тот, который непосредственно заключен между электродами. Поэтому расстояние и ориентация электродов, а также объем раствора должны быть строго постоянными.
Группы красителей для волос: В индустрии красоты колористами все красители для волос принято разделять на четыре группы.
Роль химии в жизни человека: Химия как компонент культуры наполняет содержанием ряд фундаментальных представлений о.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ВЕЩЕСТВ
Демонстрация электрической проводимости растворов и твердых веществ. Для постановки этих опытов чаще всего используют самодельные приборы, которые включают в сеть с напряжением 127 В или 220 В. Однако при проведении опытов с растворами электролитов в открытых сосудах можно использовать напряжение не более 12 В.
Чтобы использовать напряжение 42 В для нормального свечения лампочки, следует сосуд с электролитом закрыть полиэтиленовой крышкой с отверстиями для электродов. Подключение прибора к источнику тока осуществляют лишь после монтажа всей установки.
Прибор для определения проводимости
Проверить проводимость веществ собирают соответствующую установку (рис. 2). В крышку 1 ввинчивают стержень 2, на котором закрепляют панель 3 с электродами 4. Последние опускают в стакан 5 с исследуемым раствором и закрытой крышкой 6. В штекерные гнезда 7 вставляют электрическую лампочку 8. Подключают прибор к источнику тока с напряжением 42 В и наблюдают за свечением лампы.
В данном приборе можно также провести опыт по сравнению электрической проводимости концентрированного и разбавленного растворов ук сусной кислоты. Для этой цели используют электроды, представляющие собой угольные пластинки, соединенные с металлическими стержнями. Металлическая часть этих электродов изолирована.
Таким образом, поверхность соприкосновения электродов с раствором электролита остается постоянной при увеличении его объема в случае разбавления. Такая конструкция электродов позволяет избежать часто встречающуюся ошибку: яркость свечения лампы зависит не только от разбавления раствора, но и от площади соприкосновения электродов с электролитом.
Рис. 2. Установка для определения электрической проводимости веществ:
1— крышка прибора, 2 — стержень, 3 — панель, 4 — электрод, 5 — стакан с раствором электролита, 6 — крышка для стакана, 7 — штекерные гнезда, 8 — электрическая лампочка.
В зависимости от природы токопроводящих частиц и от их электропроводности все вещества можно условно разделить на пять групп.
1. Непроводящие тела, или изоляторы.
2. Проводники первого рода, или электронопроводящие тела.
3. Полупроводники – вещества, в которых ток переносится электронами и дырками.
4. Проводники второго рода, или ионные проводники, - вещества, в которых ток переносится ионами.
5. Смешанные проводники – тела, сочетающие электронную ионную проводимости.
Исследуемая a-аминокислота относится к проводникам второго рода, для которых характерна ионная проводимость.
Цель данной работы заключается в определении эквивалентной электропроводности лизина и установлении зависимости эквивалентной электропроводности от концентрации.
Обзор литературы
Мерой способности веществ проводить электрический ток является электрическая проводимость L – величина, обратная электрическому сопротивлению R. Так как,
где r – удельное сопротивление, Ом*м; S – поперечное сечение, м 2 ; 1/r = – удельная электрическая проводимость.
Удельная электрическая проводимость раствора электролита (Ом -1 *см -1 ) – это электрическая проводимость объема раствора, заключенного между двумя параллельными электродами, имеющими площадь 1 м 2 и расположенными на расстоянии 1 м друг от друга.
Кривая зависимости удельной электропроводности раствора от концентрации обычно имеет максимум. Наличие максимумов кривых становится понятным, если учесть, что в разбавленных растворах сильных электролитов скорость движения ионов почти не зависит от концентрации, и электропроводность растет почти прямо пропорционально числу ионов, которое, в свою очередь, растет с концентрацией. В концентрированных растворах сильных электролитов ионная атмосфера существенно уменьшает скорость движения ионов, и электропроводность падает. В слабых электролитах плотность ионной атмосферы мала и скорость движения ионов мало зависит от концентрации, однако с увеличением концентрации раствора заметно уменьшается степень диссоциации, что приводит к уменьшению концентрации ионов и падению электропроводности.
Молярная электрическая проводимость раствора – мера электрической проводимости всех тонов, образующихся при диссоциации 1 моль электролита при данной концентрации. Она численно равна электрической проводимости объема V(м 3 ) раствора заключенного между двумя параллельными электродами, с межэлектродным расстоянием 1 м, причем каждый электрод имеет такую площадь, чтобы в этом объеме содержался 1 моль растворенного вещества. Между молярной и удельной электрическими проводимостями имеется соотношение: l= V= /с, где l – молярная электрическая проводимость; - удельная электрическая проводимость; V – разведение раствора, м 3 /моль; с – концентрация, моль/м 3 . С увеличением разведения молярная электрическая проводимость стремится к предельному значению . Эта величина отвечает электрической проводимости гипотетического бесконечно разбавленного раствора, характеризующегося полной диссоциацией электролита и отсутствием сил электростатического взаимодействия между ионами. Величина молярной электрической проводимости бесконечно разбавленного раствора электролита представляет собой сумму двух независимых слагаемых, каждая из которых соответствует определенному виду ионов. Рост молярной электрической проводимости с увеличением разведения для слабых электролитов может быть объяснен на основе представлений классической теории электролитической диссоциации, согласно которой с увеличением разведения степень диссоциации электролита возрастает и в пределе стремится к 1. Для сильных электролитов, диссоциирующих полностью, Изменение молярной электрической проводимости от концентрации для сильных электролитов объясняется иначе. По теории Дебая – Онзагера снижение молярной электрической проводимости при переходе от бесконечно разбавленного раствора к растворам конечных концентраций связано с уменьшением скоростей движения ионов. Это объясняется появлением эффектов торможения движения ионов, возникающих за счет сил электростатического взаимодействия между ионом и его ионной атмосферой.
Эквивалентная электропроводность (Ом -1 *см 2 *моль -1 ) – это электрическая проводимость такого объема раствора, в котором содержится 1 моль эквивалентов растворенного вещества, причем электроды находятся на расстоянии 1 см друг от друга.
Электропроводность растворов электролитов зависит в первую очередь от природы электролита и растворителя. Если сравнить между собой значения молярной электропроводности, измеренной в водных растворах при бесконечно больших разбавлениях, то наибольшей она будет у кислот, затем у щелочей и, наконец, у солей.
В водных растворах удельная электрическая проводимость электролитов при повышении концентрации раствора сначала увеличивается, достигает некоторого максимума и затем, при дальнейшем увеличении концентрации, уменьшается. Положение максимума зависит от природы электролита и его температуры. Эквивалентная электропроводность водных растворов электролитов уменьшается с ростом их концентрации. При нулевой концентрации, когда lс = l0, она наибольшая. Часто молярную электропроводность l выражают как функцию разведения. В этом случае наблюдается рост электропроводности с разведением, причем в области больших разведений она стремится к некоторому пределу – к электропроводности при бесконечном разведении .
Кольрауш нашел, что в области малых концентраций молярная электропроводность сильного электролита изменяется с концентрацией по эмпирическому уравнению
закон квадратного корня (А – эмпирическая константа). При несколько более высоких концентрациях сильных электролитов лучшее согласие с опытом дает уравнение
закон кубического корня.
Температурная зависимость молярной электропроводности для узкого интервала температур выражается уравнением:
или, в более широком интервале:
где lt, lt=0 – молярные электропроводности соответственно при температуре t и 0 ?С; a и v – эмпирические коэффициенты.
На электропроводность слабых и сильных электролитов влияет кроме температуры также давление, под которым находится раствор. Молярная электропроводность для большинства сильных электролитов при прогрессирующем увеличении давления вначале возрастает, достигает некоторого максимума, а затем вновь уменьшается, часто до значений более низких, чем те, которые наблюдаются при обычном давлении.
Измерение электропроводности растворов
Для измерения электрической проводимости раствора прибегают к измерению его сопротивления. Раствор помещают в специальный сосуд, имеющий два металлических электрода. Измерение может быть проведено как с помощью постоянного, так и с помощью переменного тока.
Электропроводность электролитов обычно определяется при помощи мостовой схемы, используемой для измерения сопротивления проводника первого рода. В случае растворов электролитов применяются мосты, работающие на переменном токе, так как прохождение постоянного тока через растворы приводит к значительным ошибкам, связанным с явлениями электролиза и поляризации (изменение состава раствора вблизи электродов, изменение состояния электродов, наложение электродной поляризации на подаваемое напряжение). Необходимость применения переменного тока достаточно высокой частоты (для избежания указанных ошибок) усложняет измерительную схему. Изменение направления тока служит оптимальным средством для устранения поляризационного сопротивления. Кроме моста она содержит генератор переменного тока, а также специальные устройства для выпрямления тока перед прохождением его через нуль-инструмент и для компенсации емкостных эффектов.
| |
Основой установки для определения электропроводности раствора электролита служит мост Уитстона, образованный контуром из четырех сопротивлений. На одну из диагональ моста подается питание от генератора синусоидального напряжения, а на другой диагонали регистрируется сигнал так называемым индикатором нуля, в качестве которого обычно применят осциллограф.
Электроды в сосуде изготовлены из платины. Для того чтобы понизить поляризационное сопротивление, их платинируют. Этим резко повышают площадь поверхности электродов, снижая тем самым плотность протекающего тока. Сопротивление сосуда зависит не только от удельной проводимости раствора, площади электродов и расстояния между ними, но и от взаимного расположения и объема раствора в сосуде, так как в переносе электричества участвует значительно больший объем раствора, чем тот, который непосредственно заключен между электродами. Поэтому расстояние и ориентация электродов, а также объем раствора должны быть строго постоянными.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ВЕЩЕСТВ
Демонстрация электрической проводимости растворов и твердых веществ. Для постановки этих опытов чаще всего используют самодельные приборы, которые включают в сеть с напряжением 127 В или 220 В. Однако при проведении опытов с растворами электролитов в открытых сосудах можно использовать напряжение не более 12 В.
Чтобы использовать напряжение 42 В для нормального свечения лампочки, следует сосуд с электролитом закрыть полиэтиленовой крышкой с отверстиями для электродов. Подключение прибора к источнику тока осуществляют лишь после монтажа всей установки.
Прибор для определения проводимости
Проверить проводимость веществ собирают соответствующую установку (рис. 2). В крышку 1 ввинчивают стержень 2, на котором закрепляют панель 3 с электродами 4. Последние опускают в стакан 5 с исследуемым раствором и закрытой крышкой 6. В штекерные гнезда 7 вставляют электрическую лампочку 8. Подключают прибор к источнику тока с напряжением 42 В и наблюдают за свечением лампы.
В данном приборе можно также провести опыт по сравнению электрической проводимости концентрированного и разбавленного растворов ук сусной кислоты. Для этой цели используют электроды, представляющие собой угольные пластинки, соединенные с металлическими стержнями. Металлическая часть этих электродов изолирована.
Таким образом, поверхность соприкосновения электродов с раствором электролита остается постоянной при увеличении его объема в случае разбавления. Такая конструкция электродов позволяет избежать часто встречающуюся ошибку: яркость свечения лампы зависит не только от разбавления раствора, но и от площади соприкосновения электродов с электролитом.
Рис. 2. Установка для определения электрической проводимости веществ:
1— крышка прибора, 2 — стержень, 3 — панель, 4 — электрод, 5 — стакан с раствором электролита, 6 — крышка для стакана, 7 — штекерные гнезда, 8 — электрическая лампочка.
Читайте также: