рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Аномальная подвижность ионов гидроксония и гидроксила

Работа сделанна в 2001 году

Аномальная подвижность ионов гидроксония и гидроксила - Курсовая Работа, раздел Химия, - 2001 год - Электропроводность электролитов Аномальная Подвижность Ионов Гидроксония И Гидроксила. Аномально Высокая Подв...

Аномальная подвижность ионов гидроксония и гидроксила. Аномально высокая подвижность ионов гидроксония и гидроксила была отмечена давно. Раньше считали, что в растворе существуют ионы водорода, большая скорость движения которых объясняется исключительно малым радиусом ионов. Несостоятельность этого утверждения стала очевидной после того, как установили, что в растворе имеются не ионы водорода H, а ионы гидроксония Н3О. Эти ионы, так же как и ионы гидроксила, гидратированы, и эффективные радиусы их имеют тот же порядок, что и радиусы других ионов. Следовательно, если бы механизм переноса электричества этими ионами был обычным, то подвижность их даже не отличалась бы существенно от подвижностей других ионов.

Это и наблюдается в действительности в большинстве неводных растворов. Аномально высокая подвижность H3O и ОН- проявляется только в растворах в воде и простейших спиртах, что, очевидно, связано с особенностями переноса электричества этими ионами, которые отличаются от других ионов тем, что являются ионами самого растворителя воды. Известно, что процесс диссоциации воды протекает по схеме H2O H2O OH- H3O H и сводится к переходу протона, от одной молекулы воды, к другой. Образовавшиеся ионы гидроксония непрерывно, обмениваются. протонами с окружающими молекулами воды, причем обмен протонами происходит хаотически.

Однако при создании разности потенциалов кроме беспорядочного движения возникает и направленное часть протонов начинает двигаться по силовым линиям поля, направляясь к катоду, и, следовательно, переносит электричество.

Таким образом, электричество переносится в основном не ионами гидроксония, хотя и они участвуют в переносе электричества, а протонами, перескакивающими от одной молекулы воды к другой ориентированно, по силовым линиям поля. Надо учитывать также необходимость поворота вновь образовавшиеся молекулы воды, которая имеет ориентацию, не позволяющую ей принять, в свою очередь, протон справа от другого иона гидроксония.

Благодаря описанному движению протонов увеличивается электропроводность раствора, потому что протоны имеют очень малый радиус и проходят не весь путь до катода, а лишь расстояния между молекулами воды. Этот тип проводимости можно назвать -эстафетным, или цепным. Аналогично можно объяснить большую подвижность гидроксильных ионов, только в этом случае переход протонов происходит не от ионов гидроксония к молекулам воды, а от молекул воды к ионам гидроксила, что приводит к кажущемуся перемещению ионов гидроксила по направлению к аноду.

Ионы гидроксила действительно появляются в анодном пространстве, но это объясняется в основном не движением их, а перескоком протонов по направлению к катоду. Если количества ионов Н3О и ОН- одинаковы, то число перескоков протонов по схеме Н3О Н2О Н2О Н3О будет больше, чем число перескоков по схеме Н2О НО- НО- Н2О, так как энергетическое состояние водорода в молекуле воды соответствует более глубокому минимуму потенциальной энергии потенциальной яме, чем в ионе Н3О . Этим и объясняется меньшая подвижность иона гидроксила.

Конечно, ионы Н3О и ОН как таковые, также движутся при создании разности потенциалов между электродами и переносят электричество, но вклад их в электропроводность, вероятно, приблизительно такой же, как и вклад других ионов.

Большая электропроводность кислот и оснований объясняется именно цепным механизмом электропроводности с участием протонов. 4. Числа переноса. Переносчиками тока в растворах электролитов служат ионы, но так как абсолютные скорости движения анионов и катионов в данном растворе неодинаковы, то большую долю тока всегда переносят более быстрые ионы. Величину, при помощи которой можно выразить долю электричества, переносимого ионами данного вида, называют числом переноса для катионов оно обозначается через t, для анионов через t Количество электричества Q, перенесенное ионами i-гo вида через данное сечение раствора электролита, определяется по уравнению QziFciui sф , 36 где zi - валентность ci -концентрация, мольм3 ui абсолютная скорость ионoв i-го вида, м2с-1В-1 s площадь сечения, м2 ф ремя, с. Число переноса ti определяется соотношением , 37 где Q количество электричества, перенесенное всеми нонами.

На основании формулы 37 можно сказать, что число переноса иона это доля электричества, перенесенная ионами данного вида. В частности, для раствора сильного электролита вместо уравнения 37 можем написать 38 Подставляя выражение 36 в 38 и учитывая условие электронейтральности zcz-c получаем 39 При этом t t- 1 40 Различие в скоростях движения анионов и катионов приводит к тому, что они переносят разные количества электричества, но это не влечет за собой нарушения электронейтральности раствора, а лишь изменяет концентрацию электролита у катода и анода.

Связь между числами переноса, подвижностями ионов и изменением содержания электролита в катодном и анодном отделениях можно установить, составив материальный баланс процесса электролиза. На рис.3 приведена схема электролиза соляной кислоты.

Электродами служат пластинки из инертного металла платины. Пространство между электродами разделено двумя пористыми диафрагмами на три отделения катодное, среднее и анодное. Если пропустить через раствор 1 фарадей электричества, то по закону Фарадея на электродах выделится по 1 гмоль водорода и хлора на катоде H з H2 г 41 на аноде Cl- Cl2 г e 42 При этом через раствор пройдет t гмоль катионов ионов водорода от анода к катоду и t- гмоль анионов ионов хлора от катода к аноду.

Катионы перенесут через данное поперечное сечение раствора электролита t фарадеев электричества от анода к катоду, а анионы перенесут в обратном направлении t- фарадеев. Всего катионы и анионы перенесут через поперечное сечение электролита t t- 1фарадей, или F Кл электричества.

В катодном отделении на катоде из раствора выделяется 1 гмоль ионов водорода. Из среднего отделения через диафрагму поступает в катодное отделение t гмоль ионов водорода tH и из катодного отделения в среднее отделение уходит t- гмоль ионов хлора t-Cl В результате получаем материальный баланс ионов Hи Cl- в гмоль в катодном отделении -1H tH - t-Cl- -1-tH - t- Cl- 43 Учитывая соотношение 40, получаем -t- H - t-Cl- или - t- НС1 44 Таким образом, в результате протекания через электролизер одного фарадея электричества содержание НС1 в катодном отделении уменьшилось на t- гмоль.

В анодном отделении на аноде из раствора выделяется 1 гмоль ионов Cl Из среднего отделения в анодное отделение поступает t- гмоль ионов Cl- и из анодного отделения в среднее уходит t гмоль H . В результате получим материальный баланс ионов H и Cl- в анодном отделении -tH - 1Cl- t-Cl- -tH - 1 - t- Cl- 45 или -tH - tCl или tHCl. Из этого материального баланса видно, что в результате протекания через электролизер одного фарадея электричества содержание НС1 в анодном отделении уменьшилось на t гмоль.

В среднем отделении электролизера содержание НС1 не изменится, так как через обе диафрагмы проходит одинаковое число гмоль ионов Н в одном направлении и соответственно ионов С1- в другом направлении -tH tH t-Cl t-Cl- 0 46 Если при пропускании через электролизер Q кулонов электричества содержание НС1 в катодном отделении уменьшилось на nк моль-экв и в анодном отделении на nа моль-экв, то будут справедливы соотношения 47 Таким образом, по изменению содержания электролита в катодном и анодном отделениях при электролизе можно определить числа переноса ионов.

Этот способ определения чисел переноса называется способом Гитторфа. Уравнение 47 справедливо, когда катион и анион электролита выделяются на электродах из инертного материала. При электролизе раствора сульфата меди II с медными электродами на катоде разряжается ион меди Cu22 з Cu 48 а на аноде происходит растворение меди из электрода Cu Cu22 з При пропускании одного фарадея электричества через такой электролит из анода в раствор перейдет 1 моль-экв ионов меди. Из материального баланса в анодном отделении получим, что содержание электролита в нем увеличивается на t- моль-экв. При этом вместо соотношений 47 получим t- FДnкQ FДnа Q 48 где nк Дnа Дnк - убыль электролита в катодном отделении, моль-экв Дnа прибыль электролита в анодном отделении, моль-экв. Между числами переноса и подвижностями ионов в растворах сильных электролитов существует зависимость. л л- uu- tt 49 или л л л- t t t- и л- л л- t- t t- 50 л Лt и - Лt- 51 Числа переноса остаются практически постоянными до тех пор, пока концентрация сильного электролита не превышает 0,2 мольл при дальнейшем увеличении концентрации наблюдается их изменение. Например, для водного раствора NaCI при 291 К и с 0,005 мольл число переноса иона натрия t равно 0,396, а при с 1,0 мольл t 0,369 в соответствии с уравнением 40 числа переноса иона хлора при этом равны 0,604 и 0,631. С ростом температуры абсолютные скорости ионов и подвижности ионов увеличиваются, но не в одинаковой мере. Поэтому числа переноса с изменением температуры также меняются.

При этом если число переноса катиона увеличивается, то согласно соотношению 40 число переноса аниона уменьшается, и наоборот.

Для сильных электролитов значение 8 определяется обычно линейной экстраполяцией опытных кривых, вычерченных в координатах -до значений с0. Для слабых электролитов значения 8 , вычисленные непосредственно по опытным данным, получаются неточными, так как в разбавленных растворах молярная электрическая проводимость слабых электролитов меняется очень резко.

Поэтому значения Л я, растворов слабых электролитов рассчитываются обычно по значениям 8 и 8 найденным по опытным данным электрической проводимости растворов сильных электролитов. 5.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Электропроводность электролитов

Электролиты в растворах подразделяют на сильные и слабые. Сильные электролиты практически полностью диссоциированы на ионы в… К ним относятся многие неорганические соли и некоторые неорганические кислоты и основания в водных растворах, а также…

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Аномальная подвижность ионов гидроксония и гидроксила

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Удельная и молярная электропроводности
Удельная и молярная электропроводности. электролитов. Электрическая проводимость растворов электролитов, т.е. способность их проводить электрический ток, зависит от природы электролита и растворите

Зависимость подвижности ионов от температуры
Зависимость подвижности ионов от температуры. Предельные подвижности ионов, а также удельная электропроводность электролитов всегда увеличиваются с повышением температуры в противоположность электр

Зависимость подвижности ионов от кристаллохимических радиусов
Зависимость подвижности ионов от кристаллохимических радиусов. Рассмотрим ряд ионов Li, Na, K. Как следует из уравнения движения, скорость движения ионов обратно пропорциональна их радиусу.

Закон разбавления Оствальда
Закон разбавления Оствальда. При диссоциации слабого электролита устанавливается равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами. Рассмотрим простейший пример, когда молекула

Методы измерения электропроводности электролитов
Методы измерения электропроводности электролитов. Чтобы точно измерить электропроводность электролита, необходимо 1 точно измерить температуру и поддерживать ее постоянной с помощью термостата 2 ус

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги