Badanie zalezności przewodnistwa elektrycznego elektrolitów w zależności od temp, ˙Wst˙p teoretyczny .


Wstęp teoretyczny .

Przewodniki zasadniczo dzielimy na dwie klasy. Pierwsza to przewodniki metaliczne, gdzie prąd przewodzi chmura elektronów o bardzo małej masie. Druga klasa to elektrolity charakteryzujące się budową jonową, są złożone z atomów lub grup atomów o ładunkach przeciwnego znaku. Elektrolitami mogą być roztwory kwasów i zasad w wodzie lub innym rozpuszczalniku o dużej przepuszczalności dielektrycznej, np. w acetonie. Nośnikami prądu są tu aniony lub kationy o stosunkowo dużej masie. Przewodzenie prądu przez elektrolity - konduktancja jonowa - jest więc związana z transportem masy.

Jonami dodatnimi - kationami - mogą być jony wodoru i metali a anionami, czyli jonami ujemnymi, jony reszt kwasowych i grupy wodorotlenowej OH.

Przykładowy proces dysocjacji:

NaCl → Na+ + Cl-

Z chwilą przyłożenia do elektrolitu zewnętrznego pola elektrycznego E ( z chwilą zanurzenia w roztworze dwóch elektrod połączonych ze źródłem napięcia ) na jony działają siły elektryczne F = qE. Pod ich wpływem kationy zaczynają się poruszać w kierunku do katody a aniony do anody. W elektrolicie następuje więc uporządkowany ruch elektronów, tzn. płynie prąd. Gęstość prądu j z definicji wyniesie :

j = n+ q+ v+ + n- q- v-

przy czym :

n+ ,n- - koncentracja jonów;

q+ ,q- - ładunki jonów;

v+ ,v- - prędkości uporządkowanego ruchu jonów.

Jon w+ lub w- wartościowy jest to atom lub grupa atomów a niedomiarze w+ lub nadmiarze w- elektronów o ładunku elementarnym e. Zatem :

q+ = w+ e lub q- = w- e

Jony powstaję z cząsteczek elektrycznie obojętnych, więc sumaryczne ładunki anionów i kationów muszą być zachowane :

n+ q+ = n- q-

n+ w+ e = n- w- e

n+ w+ = n- w-

Niech cząsteczka rozpada się na l+ jonów dodatnich i l- jonów ujemnych. Mamy więc :

n+ = l+ n`0 i n- = l- n`0

przy czym n`0 oznacza liczbę cząstek zdysocjowanych w jednostce objętości.

l+ w+= l- w- = w

Iloczyn w nazywa się wartościowością elektrochemiczną danej substancji. Stopień dysocjacji danej substancji ( zależny od temperatury, stężenia roztworu oraz sam rodzaj roztworu ) jest stosunkiem liczby cząstek zdysocjowanych do ogólnej liczby cząsteczek rozpuszczonych. Jest to wielkość związana z ustalaniem się w roztworze stanu równowagi między jonami zdysocjowanymi i cząsteczkami powtórnie rekombinowanymi. Z definicji wynika więc zależność :

Gęstość prądu można więc wyrazić przez :

j = α n0 w e ( v+ + v- )

Za prędkość można podstawić wielkość zwaną ruchliwością jonów :

Z zależności z prawa Ohma j = σE otrzymamy następujące wyrażenie określające konduktywność elektrolitów :

σ = α n0 w e ( u+ + u- )

Po prostych przekształceniach :

gdzie F - stała Faradaya; Naa - stała Avogadry; c - stężenie roztworu wyrażone w gramorównoważnikach rozpuszczonej substancji na jednostkę objętości roztworu.

Gramorównoważnikiem nazywamy liczbę gramów danej substancji równą stosunkowi jej względnej masy cząsteczkowej do wartościowości M/w. Jest to więc masa jednego mola podzielona przez wartościowość.

Wraz ze wzrostem temperatury rośnie ruchliwość jonów, bo zmniejsza się lepkość. Rośnie również stopień dysocjacji. Wzrasta więc również konduktancja.

W elektrolitach mocnych, gdzie prawie wszystkie cząsteczki są dysocjowane, z powodu silnej koncentracji jonów ich wzajemnych oddziaływań elektrostatycznych konduktywność nieznacznie zmniejsza się wraz ze stężeniem. Inaczej w elektrolitach słabych - tu konduktywność bardzo silnie maleje ze stężeniem roztworu.

Jeżeli przez elektrolit płynie prąd o natężeniu I to w czasie t wydziela się na elektrodzie liczba jonów równa It/q. Masa wszystkich jonów wydzielonych na katodzie wyniesie :

Wyrażenie :

jest stałe dla danego typu jonów i nazywa się równoważnikiem elektrochemicznym.

Równanie :

m = k I t

zwane jest pierwszym prawem Faradaya.

Przez rozszerzenie stałej k o liczbę Avogadry uzyskujemy sformułowanie :

Widzimy stąd, że do wydzielenia gramorównoważnika dowolnego pierwiastka lub ich grupy jest potrzebny jednakowy ładunek równy stałej Faradaya.

Układ pomiarowy.

Układ do pomiaru konduktancji elektrolitu.

1 - naczynie z kąpielą wodną;

2 - grzałka elektryczna; 3 - termometr;

4 - woltametr z elektrolitem; 5 - mieszadełko.

W kąpieli wodnej znajdują się grzałka elektryczna, termometr, mieszadełko i woltametr. Mieszadełko ma zapewnić równomierne ogrzewanie całej objętości elektrolitu. Termometr umożliwia odczytanie temperatury a woltametr konduktywności.

Tabelki obliczeń i pomiarów .

⇒ Pomiary zależności lepkości cieczy od temperatury.

Wartości stałe:

K

ΔK

δK

0,0172

0,0001

0,58

[cp/s]

[cp/s]

[cp/s]

Zmierzone za pomocą stopera czasy spadania t kulki w wiskozymetrze Höpplera oraz obliczenia lepkości cieczy η dla temperatury T w tabeli :

T

ΔT

δT

t

Δt

δt

η

Δη

δη

23,8

1,5

6,3

148

1

0,68

2,5456

0,032

1,26

25

1,5

6

140

1

0,71

2,408

0,031

1,29

30

1,5

5

120

1

0,83

2,064

0,029

1,41

35

1,5

4,29

102

1

0,98

1,7544

0,027

1,56

40

1,5

3,75

86

1

1,16

1,4792

0,026

1,74

45

1,5

3,33

79

1

1,27

1,3588

0,025

1,85

50

1,5

3

72

1

1,39

1,2384

0,024

1,97

[0C]

[0C]

[%]

[s]

[s]

[%]

[ cp ]

[ cp ]

[%]

Wykres zależności lepkości cieczy od temperatury:

⇒ Pomiary zależności przewodności i przewodnictwa cieczy od temperatury.

Zmierzone za pomocą konduktometru wartości temperatury T, przewodności σ oraz przewodnictwa G w tabeli :

T

ΔT

δT

σ

Δσ

δσ

G

ΔG

δG

23,8

1,5

6,3

0,499

0,016

3,21

11,55

0,36

3,12

25

1,5

6

0,547

0,0174

3,18

12,73

0,39

3,06

30

1,5

5

0,641

0,0202

3,15

14,85

0,46

3,1

35

1,5

4,29

0,715

0,0225

3,15

16,56

0,51

3,08

40

1,5

3,75

0,797

0,0249

3,12

18,49

0,56

3,03

45

1,5

3,33

0,849

0,0265

3,12

19,68

0,6

3,05

50

1,5

3

0,949

0,0295

3,11

21,5

0,66

3,07

[0C]

[0C]

[%]

[s/M]

[s/M]

[%]

[S]

[S]

[%]

Stała miała warość K = 42,5 [ m-1 ] ( ΔK = 1,375 [ m-1 ], δK = 3,24 % )

Wykres zależności przewodności cieczy od temperatury :

Przykładowe obliczenia .

Lepkość cieczy obliczyłem ze wzoru :

Błędy :

- bezwzględny pomiaru temperatury : ± 1,5 0C - podano w instrukcji do ćwiczenia

- bezwzględny pomiaru przewodności σ i przewodnictwa G instrumentem :

- względny temperatury ( przewodności przewodnictwa, czasu spadania ) :

- względny lepkości :

- bezwzględny lepkości :

Wnioski .

W trakcie ćwiczenia okazało się, że lepkość ciała maleje wraz ze wzrostem temperatury ( i nie jest to liniowy spadek wartości ). Jednocześnie wraz ze wzrostem temperatury rośnie liniowo przewodność cieczy.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Ćw nr 16. Kondensator, Kondensatorem nazywa si? dwa przewodniki elektryczne, odizolowane od siebie n
INSTRUKCJE, Ćw nr 16. Kondensator, Kondensatorem nazywa się dwa przewodniki elektryczne, odizolowane
ćw 1 - Badanie rezystywności materiałów przewodzących w zależności od temperatury, Politechnika Pozn
Badanie rezystywności materiałów przewodzących w zależności od temperatury aga, Politechnika Poznań
,Laboratorium podstaw fizyki, Zależność przewodnictwa elektrolitu od temperatury sprawdzanie reguły
Przewodnictwo elektrolitu, Fizyka- Zależność przewodnictwa elektrolitu od temperatury., _________And
Przewodnictwo elektrolitu, Fizyka- Zależność przewodnictwa elektrolitu od temperatury. Sprawdzanie r
konspekt Cw5, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, 5,4 Badanie
47, Ćw 47 Zależność przewodnictwa elektrycznego elektrolitów od temperatury sprawdzenie reguły Walde
Dok1, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, 5,4 Badanie zależno
Badanie zależności temperaturowej przewodnictwa elektrycznego metali i półprzewodników
Zależność przewodnictwa elektrolitu od temperatury, _________Andrzej G?rczak
SprawozdanieG Zależność przewodnictwa elektrolitu od temperatury Sprawdzenie reguły Waldenax
Badanie zależności polaryzacji od natężenia pola elektrycznego pętle histerezy
65 rozkład elektronów w zależności od ich prędkości2, 65
Badanie rezystywności materiałów przewodzących w zależności od temperatury radek
Ćw 3 - Badanie zależności zespolonej przenikalności elektrycznej, Politechnika Poznańska, Elektrotec
5 - Miar. pH - metryczne, Sprawozdanie - 5 - xx, Celem ćwiczenia jest wyznaczenie zależności potencj
Badanie zależnosci oporu metalu i polprzewod od temp, Akademia Morska Szczecin Nawigacja, uczelnia,

więcej podobnych podstron