Li+ - 38,6 Cl- - 76,4
Na+ - 50,1 NO3- - 71,4
K+ - 73,5 1/2SO4- - 80,0
Ag+ - 61,9 HCOO- -54,6
NH4+ - 73,5 CH3COO- - 40,9
H+ - 349,8 OH- - 198,3
Тепер можливо розрахувати граничну молярну електропровідність хлориду калію при 25 оС за законом Кольрауша, використавши дані з наведеної вище таблиці або узявши їх із довідника (ст.123). loKCl = loK+ + loCl- = 73,5 + 76,4 = 150,3 (См×см2)/моль. (відповідь - 150,3 (См×см2)/моль).
Задача N135. Що називають абсолютною швидкістю руху іонів або рухливістю іонів? (відповідь – рухливістю іонів називають швидкість руху іонів під дією електричного поля з градієнтом потенціалу, рівним одиниці)
Подібна задача. Який шлях пройде іон калію за рахунок його напрямленої міграції в електричному поліза 5 годин, якщо в розчин KCl при 25 оС занурити електроди на відстані 10 см та підключити їх до джерела постійного струму з напругою 30 В? У розчині іони рухаються внаслідок теплового руху всіх часток рідини за типом броуновського руху. Тобто імовірність напрямку руху кожного іона цієї миті рівноцінна у будь - якому напрямку. З накладанням на розчин електроліту електричного поля міграція іонів стає асиметричною: катіони рухаються переважно в напрямку негативного електрода, а аніони - в напрямку позитивного електрода. Такий рух іонів називають міграцією іонів в електричному полі, за рахунок якої кожний іон проходить деякий шлях залежно від його рухливості та градієнта електричного поля. Градієнт електричного поля визначається як напруга, що прикладена до електродів та поділена на відстань між електродами (В/см або в СІ В/м). Абсолютною швидкістю іонів (рухливістю іонів) називають швидкість міграції іонів під дією градієнта потенціалу в 1 В/см. Рухливість катіонів та аніонів позначають буквами u+таu-, відповідно.Зв’язок між рухливістю іонів та межовою іонною електропровідністю випливає з рівняньu+ = loK+/F, u- = loA-/F, де F - число Фарадея (96500 Кл/моль або (А×с)/моль). Розмірність рухливості іонів буде:
u = lo/F = =(см2/(Ом×моль))/((A×c)/моль) = см2/(Ом×А×с) = =[см2/(В×с)] або в СІ [м2/(В×с)]. Розв’яжемо тепер задачу, вирахувавши рухливість іона калію:u+ = loK+/F = 73,5/96500 = 7,62×10-4 см2/(В×с), градієнт потенціалу: dE/dl = 30/10 = 3 B/см і шлях, який пройде іонкалію в результаті його міграції за 5 годин (t = 5 ×60 = 300 c) в електричному полі (L):
L = u+× dE/dl×t = 7,62×10-4×3× 300 = 0,69 см.(відповідь – 0,69 см)
Задача N136. Яка причина великої частоти нещасних випадків там, де є джерела електричного струму і розчини, не зважаючи на те, що електропровідність розчинів на 5 – 6 порядків нижче порівняно з провідниками першого роду? (відповідь – переважно це необережність і випадкове створення великої площі контакту постраждалих з розчинами (водою чи вологими предметами) та провідниками електромережі)
Подібна задача. Що таке крокова напруга ( російською мовою - шаговое напряжение), яка найчастіше є причиною нещасних випадків у побуті та на виробництві? Виникнення крокової напруги тісно пов’язане з електропровідністю електролітів. Як випливає із закону Ома, потужність (W) теплової енергії, що вилучається в результаті проходження електричного струму (I) будь- яким об’єктом, прямо пропорційна квадратові напруги (U), що прикладена до об’єкту, і зворотна його опору (R): W = U2/R. Опір об’єкту тим менший, чим більша площа його контакту з провідником (див. задачу N131). Частою причиною нещасних випадків є виникнення контакту постраждалих від електричного струму з вологою землею та провідниками електромережі. Але нещасні випадки трапляються і без контакту постраждалих з провідниками електромережі, а є наслідками крокової напруги. Варіантів виникнення крокової напруги безліч, суть полягає в тому, що не тільки самі носії напруги (провідники, трансформатори і т.ін.) є небезпечними, але й будівлі, в яких вони розміщені, і навіть земля навколо цих об’єктів небезпечна, особливо при великій вологості. Механізм виникнення крокової напруги пояснимо спрощеноюсхемою, яка ілюструє випадок обриву дроту високовольтної лінії електропередачі (наприклад, з напругою 50000 В).Якщо вологість грунту така, що градієнт потенціалустановить, наприклад, 5000/5 = 1000 B/м, то шансів вижити у Об’єкта -1 мало, тому що при довжині його кроку 0,5 м на нього діє потенціал (крокова напруга) наближено рівний 500 В. Трохи більше шансів у Об’єкта -2, який намагається на одній нозі скакати в напрямку, протилежному місцю падіння дроту. Зауважимо, що обидва Об’єкти не мають безпосереднього контакту з дротом, а знаходяться в зоні дії градієнта потенціалу. (відповідь – крокова напруга - це результат дії градієнта потенціалу, який виникає під час протікання електричного струму провідником).
опора ЛЕП
обірваний дріт
Е,В градієнт потенціалу
50000 Об’єкт - 1
Об’єкт - 2
1 2 3 4 5 м
рівень землі
місце падіння дроту dl1dl2
Задача N137. Що називають електродним потенціалом?
(відповідь – електродним потенціалом називають різницю потенціалів, що виміряна відносно потенціалу водневого електрода)
Подібна задача. Який механізм виникнення електродного потенціалу? Якщо занурити металеву пластинку у воду або будь-який розчин, то на межі поділу між пластинкою та шаром розчину, який примикає до цієї межі, виникає стрибок потенціалу. Механізм виникнення стрибка потенціалу пояснимо за допомогою схеми, яка наведена нижче.
Іони металу під дією розчинника виходять із складу кристалічної решітки металевої пластини та переходять у розчин, придаючи йому позитивний заряд. Електрони, які остаються внаслідок іонізації атомів металу (Ме) за схемою Ме = Ме Z+ + ze (е- заряд електрона), створюють надлишок вільних електронів у металі і негативний заряд на поверхні металевої пластини. Рівновага в цьому процесі настає дуже швидко внаслідок того, що позитивні іони металу (Ме Z+), які перейшли в розчин, притягуються поверхнею пластини з негативним зарядом. Ця рівновага є динамічною, бо в кожну мить з одиниці поверхні пластини певна кількість іонів переходить у розчин і така ж кількість повертається в кристалічну решітку металу. На стан рівноваги можуть
впливати багато факторів. За рахунок швидкого установлення рівноваги в цьому подвійному електричному шарі зі зміною певних умов також швидко може змінюватися концентрація іонів у
Металева
пластина - +
- +
- + межа поділу
- + розчин
- + іони металу
надлишок - +
вільних - +
електронів
шарі електролиту, який прилягає до металевої пластини, і концентрація вільних електронів у металі. Внаслідок такого процесу на межі металу та розчину виникає стрибок потенціалу між пластиною та розчином, в який вона занурена, тобто різниця потенціалів. Абсолютне значення стрибка потенціалу виміряти неможливо, а лише його значення відносно іншого електрода. Значення електродного потенціалу розраховують за рівнянням Нернста:
Mez+/Me= Mez+/Me+ Mez+, деMez+/Me - електродний потенціал металу,Mez+/Me - стандартний електродний потенціал, який виміряний відносно водневого електрода за стандартних умов, R - універсальна газова стала (8,31 Дж/(моль×К)), T - температура (К), z - заряд іону металу, F - число Фарадея (96500 Кл ), Mez+ - активність іона метала у розчині.В електрохімії електродом називається система, яка складається з провідника першого та другого роду, наприклад, метал, що занурений в розчин електроліту, і таку систему позначають у найпростішому випадку схематично Меz+/Me. (відповідь – потенціал виникає на межі метал – розчин за рахунок рівноважного процесу переходу іонів металу із складу металу в розчин або навпаки переходу іонів із розчину в склад металу).