Методика экспериментального определения электрической проводимости растворов

При определении электрической проводимости растворов используют обычную мостовую схему, применяемую для проводников 1-го рода. На её базе созданы различные приборы, которые имеют свои преимущества и недостатки.

Измерение электропроводимости в нашем практикуме можно осуществить несколькими способами.

М етодика измерения электрической проводимости с использованием мостовой схемы. Для растворов (и расплавов) электролитов используют мосты, работающие на переменном токе, так как прохождение постоянного тока через раствор приводит к явлениям поляризации и электролиза на электродах, что может привести к большим ошибкам. Для измерений нужен переменный ток достаточно высокой частоты, поэтому кондуктометрическая установка содержит генератор переменного тока от 50 до 1000 Гц и выше, а также может содержать вентили для выпрямления тока перед прохождением через нуль – инструмент и устройства для компенсации емкостных эффектов.

При равновесии моста (рис. 4) ток в его измерительной диагонали равен нулю.

При этом

и ,

где , , - известные сопротивления; − измеряемое сопротивление в электролитической ячейке.

С другой стороны может быть представлено как

, (10)

где − расстояние между электродами; − площадь электродов; - удельное сопротивление.

Расстояние между электродами и их площадь определяют геометрические характеристики электролита, через который проходит ток (путь тока и его сечение). Эти величины не поддаются простым измерениям. Вместе с тем, для данной ячейки вне зависимости от природы и концентрации раствора очевидно, что

.

Величина называется емкостью или постоянной сосуда (электролитической ячейки).

Для растворов обычно вместо удельного сопротивления используют обратную величину , которую называют удельной электрической проводимостью: . Тогда уравнение (10) можно записать в виде или , откуда .

Для нахождения постоянной электролитической ячейки измеряют в ней сопротивление электролита с известной электрической проводимостью. Чаще всего при этом используют растворы хлорида калия различной концентрации и тогда:

(11)

где − сопротивление ячейки с раствором .

Удельная электрическая проводимость растворов хлорида калия при разных концентрациях и температурах приведена в табл. 1.

Таблица 1

Удельная электрическая проводимость растворов хлорида калия при различных температурах, См∙см-1

Концентрации, с, моль/дм3	Температура, 0С
	19	20	22	24
0,01	1,225∙10-3	1,278∙10-3	1,322∙10-3	1,386∙10-3
0,02	2,397∙10-3	2,501∙10-3	2,606∙10-3	2,712∙10-3
0,1	11,19∙10-3	11,67∙10-3	12,15∙10-3	12,64∙10-3

Удельную электрическую проводимость исследуемых растворов ( ) рассчитывают по известной величине постоянной ячейки и измеренному сопротивлению

. (12)

При использовании реохордных мостов к недостаткам методики можно отнести громоздкость аппаратуры, возможность измерения только одного параметра – электрического сопротивления раствора с последующим расчетом электрической проводимости, что означает длительное время эксперимента, к тому же необходимо определение постоянной ячейки. Преимущества метода заключаются в том, что мостовую схему можно применять при кондуктометрическом титровании, в том числе смесей, при разных температурах, так как можно использовать электролитические ячейки различной конструкции, в том числе удобные для помещения в термостат. Мостовую схему легко автоматизировать (что и осуществлено в «Эксперте» и в Учебном лабораторном комплексе УЛК «Химия»).

Полученные результаты по электрическому сопротивлению могут быть исходными данными для определения ряда электрохимических характеристик раствора.

Методика измерения электрической проводимости на лабораторном кондуктометре «Эксперт».

Современные методики предлагают измерение электропроводности растворов электролитов при помощи лабораторного кондуктометра «Эксперт» – прибора, широко применяемого в электрохимии, в котором используется стандартная электролитическая ячейка объемом 30 мл с известной постоянной.

Ограничение его применения связано с невозможностью изменить объем электролита в ячейке. Поэтому «Эксперт» непригоден для кондуктометрического титрования или определения влияния температуры на электрическую проводимость раствора электролита. Преимущества «Эксперта» - универсальность, быстрота и удобство измерения, а также точность полученных результатов. Эти преимущества позволяют студенту делать параллельные замеры для оценки погрешности работы.

Электролитическую ячейку объемом 30 мл заполняют исследуемым раствором. Затем, нажимая на соответствующие кнопки – «3» или «4», измеряют электрическое сопротивление или электрическую проводимость соответственно. Температуру раствора на момент измерения фиксирует прибор. Полученные результаты используются для дальнейших расчетов.

Использование УЛК «Химия» предполагает еще одну модификацию мостовой схемы и использование кондуктометра в сочетании с компьютерной техникой, позволяющей фиксировать экспериментальные данные и проводить их математическую обработку на основе статистических методов анализа.

Работа 1