Полная версия

Главная arrow Информатика arrow ИЗГОТОВЛЕНИЕ БИОТЕХНИЧЕСКИХ И МЕДИЦИНСКИХ АППАРАТОВ И СИСТЕМ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Проводимость электролитов

При растворении солей, кислот и оснований в воде и в ряде других растворителей (спирт, этиленгликоль и др.) происходит диссоциация — расщепление молекул на положительные ионы (катионы) и отрицательные ионы (анионы). Такие электропроводящие растворы называются электролитами, или проводниками второго рода. К электролитам также относятся многие твёрдые вещества и расплавленные соли. Разработаны твёрдые электролиты (йодид серебра, бета-гликогены и др.), обладающие большой проводимостью — от -55 до 75 °С.

Перемещение ионов может происходить за счёт диффузии, обусловленной различной концентрацией ионов в отдельных частях электролита, конвекции — переносом ионов вместе с потоком движущейся жидкости и миграции (электропроводимости) — движения заряженных частиц под действием электрического поля.

Миграционный ток подчиняется закону Ома:

где I — плотность тока; Ё — напряжённость электрического поля; а — электрическая проводимость.

Зависимость проводимости электролитов от концентрации

Проводимость чистой, тщательно дистиллированной воды близка к нулю и возрастает по мере повышения концентрации растворённых в ней веществ. Растворы характеризуются весовой концентрацией р, измеряемой в граммах на литр, эквивалентной или молярной концентрацией с, измеряемой соответственно в 1 грамм-эквивалентах (г-экв) или грамм-молекулах (г-моль) на литр, и химической активностью а.

Раствор с эквивалентной концентрацией 1 г-экв растворённого вещества на 1 литр раствора называется нормальным (Н) раствором.

Химическая активность а равна произведению эквивалентной концентрации с на коэффициент активности/, равный единице для растворов бесконечного разбавления и уменьшающийся по мере повышения концентрации, так как химическая активность растворённого вещества падает с ростом концентрации из-за уменьшения степени диссоциации и подвижности ионов. Химическая активность а не имеет однозначной связи с концентрацией в общем случае. Удельная проводимость раствора пропорциональна его химической активности:

Коэффициент X называется эквивалентной электропроводимостью. Удельная проводимость зависит от концентрации нелинейно.

ЮЛ. Зависимость проводимости некоторых электролитов от концентрации

Рис. ЮЛ. Зависимость проводимости некоторых электролитов от концентрации

Подвижность ионов существенно зависит от температуры раствора, поэтому с увеличением температуры проводимость возрастает. Температурная зависимость проводимости водных растворов при небольших концентрациях (до 0,05 Н) можно определить как:

где (3 — температурный коэффициент проводимости.

Примерные значения (3 равны:

  • 0,016k-1 для кислот;
  • 0,019К-1 для оснований;
  • 0,024k-1 для солей.

Явление поляризации затрудняет измерение сопротивления электролитов, так как падение напряжения на электролитической ячейки складывается из падения напряжения на столбе электролита и потенциалов поляризации электродов, которые могут достигать 1,5...2 В. При изменении сопротивления электролита постоянному току явление поляризации может обусловить значительную погрешность, поэтому такие измерения проводятся на переменном токе.

При прохождении через ячейку переменного тока изменение концентрации будет происходить также по синусоидальному закону. Однако в течение всего положительного полупериода электрод (являющийся в это время анодом) будет непрерывно отдавать в раствор катионы, поэтому их концентрация у электрода будет повышаться. Максимум концентрации, а следовательно, и максимум напряжения поляризации будут достигнуты, когда ток упадёт до нуля. В течение отрицательного полупериода электрод, являясь катодом, наоборот, будет непрерывно забирать компоненты из раствора, их концентрация и напряжение поляризации будут непрерывно понижаться и достигнут минимума только в конце полупериода, когда ток вновь будет проходить через ноль. Таким образом, отличие явления поляризации при переменном токе заключается в том, что напряжение поляризации в этом случае является также переменным и по фазе отстаёт от тока на 90°. Падение напряжения на столбе электролита по фазе совпадает с током. Исходя из этого, векторная диаграмма падений напряжений в электролитической ячейке представлена на рис. 10.2, а:

Векторная диаграмма падения напряжения в электролитической ячейке (а) и эквивалентная схема электролитической ячейки (б)

Рис. 10.2. Векторная диаграмма падения напряжения в электролитической ячейке (а) и эквивалентная схема электролитической ячейки (б)

На рисунке UR — вектор падения напряжения на столбе электролита, a Uc1 и Uc2 — напряжения, уравновешивающие ЭДС поляризации электродов. Согласно этой диаграмме электролитическая ячейка (при данном значении тока I) может быть заменена эквивалентной схемой, показанной на рис. 10.2, б и состоящей из сопротивления R столбца электролита и ёмкостей Сг и С2. При использовании этой схемы необходимо всегда иметь в виду, что ёмкостям Сг и С2 не может быть приписано какое-либо постоянное значение. Действительно, реально существующий параметр ячейки — напряжение AU поляризации электродов, которое не пропорционально протекающему току I, а, скорее, не зависит от него. В широком диапазоне изменения токов напряжение AU примерно остаётся постоянным и равным 0,1...1,5 В в зависимости от сочетания материалов электродов и электролита. Ёмкость в эквивалентной схеме определяется из соотношения

и равна

Каждому значению тока и частоты соответствует своё значение ёмкости С. Вследствие малого падения напряжения Д{7 при значительных токах ёмкость достигает больших значений (до ОД...0,5 Ф на м2 поверхности электрода).

Кроме ёмкостей Сх и С2 иногда необходимо учитывать ёмкость С3, обусловленную размером электролитической ячейки конденсатора и величиной диэлектрической постоянной раствора. Значение С, обычно лежат в пределах 10_10...10_12 Ф.

Преимущество измерения сопротивления электролитической ячейки переменному току заключатся в том, что благодаря 90-градусному углу сдвига между падением напряжения на столбе электролита и напряжением поляризации эти напряжения суммируются не арифметически, а геометрически. При ДU < U погрешность равна

и может быть в значительной степени устранена при применении фазочувствительных указателей, в то время как при измерении на постоянном токе она составляет

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>