Условия за извършване на измервания. Цифров кондуктомер за течности Мерна единица за електропроводимост

Електропроводимостта на водата е много важно свойство на водата за всеки от нас.

Всеки човек трябва да знае, че водата като правило е електропроводима. Непознаването на този факт може да доведе до пагубни последици за живота и здравето.

Нека дадем няколко дефиниции на понятието електрическа проводимост като цяло и електрическата проводимост на водата в частност.

Електрическата проводимост е...

Скаларна величина, която характеризира електрическата проводимост на дадено вещество и е равна на отношението на плътността на тока на електрическата проводимост към напрегнатостта на електрическото поле.
Свойството на веществото да провежда непроменлив във времето електрически ток под въздействието на неизменно във времето електрическо поле.

Обяснителен речник на Ушаков
Електрическа проводимост (електрическа проводимост, мн. бр., женска (физическа)) - способността за провеждане, предаване на електричество.
Обяснителен речник на Ушаков. Д.Н. Ушаков. 1935-1940 г

Голяма политехническа енциклопедия
Електропроводимост или Електропроводимост е свойството на веществото да провежда електрически ток, което не се променя с времето под въздействието на непроменливо електрическо поле. Електромагнитната енергия се причинява от наличието на подвижни електрически заряди в веществото - токоносители. Видът на токоносителя се определя от електрон (за метали и полупроводници), йонен (за електролити), електрон-йон (за плазма) и дупка (заедно с електрона) (за полупроводници). В зависимост от специфичната електрическа проводимост всички тела се разделят на проводници, полупроводници и диелектрици, физически. реципрочната стойност на електрическото съпротивление. Единицата SI за електрическа проводимост е сименс (q.v.); 1 см = 1 ом-1.
Голяма политехническа енциклопедия. — М.: Мир и образование. Рязанцев V.D.. 2011

Електрическата проводимост на водата е...

Политехнически терминологичен тълковен речник
Електрическата проводимост на водата е показател за проводимостта на електрически ток от вода, характеризиращ съдържанието на сол във водата.
Политехнически терминологичен тълковен речник. Съставителство: В. Бутаков, И. Фаградянц. 2014 г

Морски енциклопедичен справочник
Електропроводимостта на морската вода е способността на морската вода да провежда ток под въздействието на външно електрическо поле поради наличието в нея на носители на електрически заряд - йони на разтворени соли, главно NaCl. Електропроводимостта на морската вода нараства пропорционално на увеличаването на нейната соленост и е 100 - 1000 пъти по-голяма от тази на речната вода. Зависи и от температурата на водата.
Морски енциклопедичен справочник. - Л.: Корабостроене. Под редакцията на академик Н. Н. Исанин. 1986 г

От горните определения става очевидно, че електропроводимостта на водата не е константа, а зависи от наличието на соли и други примеси в нея. Например електропроводимостта на дестилираната вода е минимална.

Как да разберете електрическата проводимост на водата, как да я измерите...

Кондуктометрия - измерване на електропроводимостта на водата

За измерване на електрическата проводимост на водата се използва методът Кондуктометрия (виж дефинициите по-долу), а уредите, използвани за измерване на електрическата проводимост, имат наименование, което е съзвучно с метода - Кондуктометри.

Кондуктометрията е...

Тълковен речник на чуждите думи
Кондуктометрия и много други. сега. (На немски: Konduktometrie< лат. conductor проводник + греч. metreō мерю), тех., хим. — один из видов химического количественного анализа, основанный на измерении электропроводности исследуемого раствора при постепенном добавлении к нему исследуемого реагента.
Обяснителен речник на чужди думи от Л. П. Крисин - М: Руски език, 1998 г.

енциклопедичен речник
Кондуктометрията (от английското conductivity - електрическа проводимост и гръцкото metreo - измервам) е електрохимичен метод за анализ, основан на измерване на електрическата проводимост на разтвори. Те се използват за определяне на концентрацията на разтвори на соли, киселини, основи и за контрол на състава на някои промишлени разтвори.
Енциклопедичен речник. 2009 г

Специфична електропроводимост на водата

И в заключение, представяме няколко стойности на специфична електропроводимост за различни видове вода*.

Специфичната електропроводимост на водата е...

Ръководство за технически преводач
Специфичната електрическа проводимост на водата е електрическата проводимост на единица обем вода.
[ГОСТ 30813-2002]

Специфична електропроводимост на водата *:

Чешмяна вода – 36,30 µS/m;
Дестилирана вода – 0.63 µS/m;
Питейна (бутилирана) – 20,2 µS/m;
Пиене замразено – 19,3 µS/m;
Замръзнала вода - 22 µS/m.

* Статия „Електропроводимост на проби от питейна вода с различна степен на чистота“ Автори: Воробьова Людмила Борисовна. Списание: “Интерекспо Гео-Сибир Брой № -5 / том 1 / 2012.”

Продуктът от концентрациите на водородни и хидроксилни йони в химически чиста вода е постоянна стойност, равна на 10 -14 при температура 25 °C. Той остава непроменен в присъствието на вещества, които се дисоциират, за да образуват водородни и хидроксилни йони. В чиста вода концентрациите на водородни и хидроксилни йони са 10 -7 mol/dm 3, което съответства на неутралното състояние на разтвора. В киселинни разтвори [H + ] > 10 -7 mol/dm 3, а в алкални разтвори [H + ]< 10 -7 моль/дм 3 .

За удобство, изразяването на концентрацията на водородни йони във вода използва стойност, която е десетичен логаритъм от тяхната концентрация, взета с противоположния знак. Това количество се нарича pH стойности е обозначен pH(pH = - log¢).

Стойността на pH е един от най-важните показатели за качеството на водата и характеризира състоянието на киселинно-алкалния баланс на водата. Развитието и жизнената активност на водната флора и фауна, формите на миграция на различни елементи и агресивното въздействие на водата върху вместителните скали, метали и бетон зависят от стойността на pH.

Стойността на рН на повърхностните води се влияе от състоянието на карбонатното равновесие, интензивността на процесите на фотосинтеза и разпадане на органични вещества и съдържанието на хуминови вещества.

В повечето водоеми pH на водата обикновено варира от 6,3 до 8,5. В речните и езерните води стойностите на pH са по-ниски през зимата в сравнение с лятото.

Стойността на pH на повърхностните води, подложени на интензивно замърсяване от отпадъчни води или влиянието на подпочвените води, може да варира в по-широки граници поради наличието на силни киселини или основи в техния състав.

Специфична електрическа проводимост (електропроводимост) - количествена характеристика на способността на водата да провежда електрически ток. В чисто физически смисъл това е реципрочната стойност на електрическото съпротивление на водата при температура 25 ° C, разположена между два електрода с повърхност 1 cm 2, разстоянието между които е 1 cm, Единицата за електрическа проводимост е Сименс за 1 m (S/m). За водата като мерна единица се използват получени стойности - милисименс на 1 m (mS/m) или микросименс на 1 cm (μS/cm).

В повечето случаи специфичната електропроводимост на повърхностните води на сушата е приблизителна характеристика на концентрацията на неорганични електролити във водата - Na катиони+ , K + , Ca 2+ , Mg 2+ и Clˉ, SO 4 2-, HCO 3 - аниони . Наличието на други йони, напр. Fe (II), Fe (III), Mn (II), NO 3 - , HPO 4 2- обикновено има малък ефект върху стойността на електрическата проводимост, тъй като тези йони рядко се намират във вода в значителни количества. Водородните и хидроксилните йони в границите на техните обичайни концентрации в повърхностните води на сушата практически нямат ефект върху електропроводимостта. Влиянието на разтворените газове е също толкова малко.

Така специфичната електрическа проводимост на повърхностните води на сушата зависи главно от тяхната минерализация и обикновено варира от 50 до 10 000 µS/cm.

pH на водата се измерва потенциометрично, а специфичната електропроводимост се измерва по кондуктометричен метод с помощта на подходящи инструменти - pH метри (йономери) и кондуктометри. Съвременните апарати (йономери-солемери) са оборудвани със сензори и за двата показателя и позволяват измерването им почти едновременно.

РД 52.24.495-2005

РЪКОВОДСТВЕН ДОКУМЕНТ

ВОДОРОДЕН ИНДИКАТОР И СПЕЦИФИЧНА ЕЛЕКТРОПРОВОДИМОСТ НА ВОДАТА. МЕТОД ЗА ИЗВЪРШВАНЕ НА ИЗМЕРВАНИЯ С ИЗПОЛЗВАНЕ НА ЕЛЕКТРОМЕТРИЧНИЯ МЕТОД

Дата на въвеждане 2005-07-01

Област на приложение

Това ръководство установява методи за извършване на измервания (наричани по-нататък методът) на водородния индекс в диапазона от 4 до 10 единици. рН и електропроводимост в диапазона от 5 до 10 000 μS/cm в проби от земни повърхностни води и пречистени отпадъчни води по електрометричен метод.

Характеристики на грешката на измерване

Метод на измерване

При измерване на pH на водата чрез електрометричен метод се използва система, която се състои от стъклен електрод, чийто потенциал зависи от концентрацията (активността) на водородните йони и спомагателен електрод. Когато се потопи във водна проба, електродната система развива ЕДС, която зависи линейно от активността на водородните йони.

Измерването на електрическата проводимост се основава на измерване на електрическото съпротивление на разтвор, разположен между два платинени (платинизирани) електрода с повърхност от 1 cm 2, разстоянието между които е 1 cm.

Когато температурата се промени с 1 °C, стойността на специфичната електропроводимост се променя (увеличава се с повишаване на температурата) с приблизително 2%. Следователно, за да се елиминира тази грешка, измерванията се извършват в проба с контролирана температура или с помощта на автоматичен температурен компенсатор. В противен случай се правят съответните корекции на резултатите.

Изисквания за безопасност и опазване на околната среда

където v t е стойността на специфичната електрическа проводимост при температура на измерване, µS/cm;

f - температурна корекция (Приложение).

Ако устройството е калибрирано в други единици, резултатът от измерването трябва да се преобразува в микросименс на сантиметър.

където pH е средноаритметичната стойност на два резултата, разликата между които не надвишава границата на повторяемост r (0,06 единици pH).

където: v е средноаритметичната стойност на два резултата, разликата между които не надвишава границата на повторяемост r (2,77 s r);

±D - граници на грешка при измерване ( маса ).

В този случай действителната температура на измерване се показва, ако е извършена автоматична или математическа корекция на резултата. Числените стойности на резултата от измерването трябва да завършват с цифра от същата цифра като стойностите на характеристиката на грешката.

12 Контрол на качеството на резултатите от измерванията при внедряване на техниката в лабораторията

3 При прилагане на техниката в лабораторията се осигурява следното:

Оперативен контрол от страна на изпълнителя на измервателната процедура (въз основа на оценка на повторяемостта при прилагане на отделна контролна процедура);

Мониторинг на стабилността на резултатите от измерването (на базата на мониторинг на стабилността на стандартното отклонение на повторяемостта).

Алгоритъмът за оперативен контрол от страна на изпълнителя на измервателната процедура е даден в RD 52.24.495-2005.

Честотата на оперативния мониторинг и процедурите за мониторинг на стабилността на резултатите от измерванията са регламентирани в Наръчника за качество на лабораторията.

Главният метролог на Държавния химически институт A.A. Назърова

Способността на електролитите да стават проводници, когато към тях се приложи електрически ток, се нарича електролитна проводимост. Нека разгледаме солеви и киселинни електролити, както и основни електролити, свързани с водни разтвори. Тези вещества се различават по това, че концентрацията на аниони (отрицателно заредени йони) и катиони (положително заредени йони), образувани в тях поради електролитна дисоциация 2, е доста висока. Електролитните разтвори принадлежат към втория тип проводници. Тяхната проводимост в електрическо поле, за разлика от първата група проводници, се дължи на йонна активност.

Проводниците имат способността да се съпротивляват (R). Според закона на Ом това количество е в пряка зависимост от дължината на проводника (л ), и е обратно пропорционална на площта (S) на нейното напречно сечение. Коефициент на пропорционалност - показател за съпротивлението (ρ) на проводник с дължина сантиметър и напречно сечение 1 cm2:

Електрическата проводимост се обозначава с Cm (S) и се измерва в единици SI - в сименс. Получаваме следния израз: Ohm −1 = kg −1 .m −2 .s 3 A 2 .

Разграничете специфична електрическа проводимост ( К- капа) и кътникили друго еквивалентен ( Λ - ламбда) 3 .

Бележка 1: Концентрациите са дадени в грамове на килограм разтвор.

Бележка 2:Терминът "електролитна дисоциация" означава частично или пълно молекулно разлагане на катиони и аниони на разтворимото вещество.

Бележка 3: Използването на термина „еквивалентна електрическа проводимост“ не се препоръчва. Основата е инструкция, изготвена от Комисията на Съюза по чиста и приложна химия. Международната електрохимична номенклатура на IUPAC е приела термина "моларна проводимост".

1. Електропроводимост

Използва се за количествено определяне на способността на електролитните разтвори да провеждат ток. Това е обратното на специфичното съпротивление - индикатор за това, че разтворът запълва пространството между електродите с площ 1 cm2, разположени на сантиметър разстояние един от друг:

Тази стойност се определя от естеството на електролитния разтвор, неговата температура и наситеност. Специфичната електрическа проводимост се увеличава с повишаване на температурата, което е отличителна черта на такива електролити в сравнение с проводниците от първи вид. Скоростта на движение на йони се увеличава поради намаляване на солватацията на йони и намаляване на вискозитета на разтвора.

Фигура 1 ясно демонстрира как се променя специфичната електропроводимост в зависимост от концентрацията на разтворите. Мерната единица за тази стойност е S/m - сименс на метър (1 S/m = 1 Ohm-1m-1). Най-често използваната производна е µS/cm.

Специфичната електрическа проводимост първо се увеличава с увеличаване на насищането и след като достигне определен максимум, намалява. Трябва да се отбележи, че при силните електролити зависимостта е ясно изразена, но при слабите разтвори е много по-слаба. Наличието на индикатори с гранични стойности на кривите на силни разтвори показва, че скоростта на движение на йони в разредени електролити зависи само слабо от тяхното насищане и първоначално се увеличава правопропорционално на броя на йоните. С увеличаване на концентрацията взаимодействието на йони се увеличава, което води до намаляване на скоростта на движение. Максималният участък на кривата на слабия електролит се дължи на намаляване на степента на дисоциация, причинено от повишаване на концентрацията. След достигане на определено насищане концентрацията нараства по-бързо от численото съдържание на йони в разтвора. За да се опише ефектът от йонното взаимодействие и насищането на електролитите върху тяхната електрическа проводимост, понятието „моларна проводимост ».

2. Моларна проводимост

Λ (моларна електропроводимост- виж бележката 4) - реципрочната стойност на съпротивлението на електролита за проводник със съдържание на вещество от 1 мол, който е поставен между електроди, монтирани на сантиметър разстояние един от друг. За да се определи връзката между моларната електрическа проводимост и моларната концентрация на разтвора (M) и специфичната електрическа проводимост (K), се извежда следната зависимост:

Бележка 4: Електрическа проводимост на 1N електролитен разтвор Нареченеквивалентен (Λ = 1000 ДА СЕ /Н). Концентрацията (N) се изразява в g-eq/l. Инструкциите на IUPAC обаче не препоръчват използването на термина „еквивалентна електрическа проводимост“.

Моларната електрическа проводимост по отношение както на силни, така и на слаби електролити прогресира с намаляване на концентрацията (т.е. с намаляване на наситеността на разтвора (V = 1/M), неговата електрическа проводимост се увеличава). Тя достига пределаΛ 0. Този максимум се наричамоларна електрическа проводимост при безкрайно разреждане.

За слабите електролити (фиг. 2) зависимостта на тази стойност от концентрацията се определя главно от увеличаване на степента на дисоциация, причинена от разреждането на електролитния разтвор. В силните електролити, тъй като насищането намалява, взаимодействието на йони отслабва. Интензивността на техните движения нараства, което води доувеличаване на моларната електрическа проводимост на разтвора.

Изследване на F. Kohlrausch показва как всеки йон допринася за моларната електрическа проводимост на електролитите в безкрайно разредени разтвори (крайно разреждане). Той определи, че λ0 (ограничаваща йонна проводимост) е сумата от моларните проводимости, проявени от катиона и аниона, и също така изведе формулировкатазакон за независимост на движението на йони:

При безкрайно разреждане на електролита моларната електрическа проводимост е равна на сумата от катионната и анионната подвижност в електролитния разтвор:

Λ 0 = K 0 + + K 0 - (4)

3. Фактори, определящи електропроводимостта на разтвора

Концентрацията на солта и температурата са основните фактори, определящи електрическата проводимост на водата. Основният минерален компонент на водата в природата:

Катиони K + , Na + , Mg 2+ , Ca 2+ ;

Аниони HCO 3 - , Cl - , SO 4 2- .

Присъстват и други йони (Al 3+, Fe 3+, Mn 2+, Fe 2+, H 2 PO 4 -, NO 3 -, HPO 4 2-), но техният ефект върху електропроводимостта е незначителен, тъй като обикновено техните съдържание във вода малко. Стойностите на електропроводимостта ни позволяват да преценим нивото на неговата минерализация. В природата специфичната електропроводимост на водата е 100-2000 µS/cm със соленост от 50 до 1000 mg/l (при валежи -10-120 µS/cm със соленост 3-60 mg/l).

4. Електропроводимост. Извършване на изчисления

Прилагайки формули 3 и 4 и имайки под ръка индикаторите за йонна електропроводимост ( ДА СЕ), възможно е да се изчисли електрическата проводимост ( ДА СЕ ИΛ ) за всяко решение:

K = (K + + K - ) M /1000 (5)

В дадена тук таблица 1 можете да намерите йонната и ограничаващата йонна електрическа проводимост, характерна за често срещаните йони в разредени разтвори (температура + 18 °C).

маса 1

Пример 1:Необходимо е да се направят изчисления на базата на специфична електропроводимост (K). KCl разтвор (калиев хлорид) 0,0005 М.

Решение:Дисоциацията на KCl във водни разтвори се извършва в K + и Cl - йони. Използвайки справочника или данните, дадени в таблица 6, намираме показателите за йонна електропроводимост при 18 ° C в разредени разтвори:

K + - концентрация на йони 0.0005 M (λ = 63.7 Ohm -1 cm 2 mol -1);

Концентрация на Cl - - йони 0.0005 M (λ = 64.4 Ohm -1. cm 2. mol -1).

Ако трябва да изчислите специфичната електрическа проводимост на електролитен разтвор, който съдържа смес от различни йони, формулата приема следната форма:

k = Σ λ i Mi /1000 (6)

Смятане, n Горното е вярно за силните електролити. За слаби разтвори ще е необходимо да се използват допълнителни изчисления, свързани с използването на константи на дисоциация и определяне на насищането със свободни йони. Моларна електрическа проводимост, например, на разтвор на 0,001 М оцетна киселина -Λ = 41 Ohm-1.cm2.mol-1 (18 °C), но прилагането на формула (6) ще доведе до стойност, приблизително равна на 351,9 Ohm -1.cm 2.mol -1.

Пример 2:Необходимо е да се намери специфичната електрическа проводимост (k) за разтвор на 0,001 М оцетна киселина (CH3COOH).

Решение:Дисоциацията на слаби водни разтвори на оцетна киселина се извършва в CH 3 COO - и H + йони (CH 3 COOH ↔ H + + CH 3 COO -).

Константа - KSN 3 COOH = [H+]. / [CH3COOH].

За едноосновна киселина - [H+] = = x.

Наситеността с дисоциирани молекули на слаба киселина в сравнение с общата концентрация е твърде ниска и следователно може да се приеме за равна на М (М = 0,001 mol/l).

KSN 3 COOH = x 2 /M, K CH3COOH = 1,8. 10 -5.

Според условието: киселинна наситеност 0,001 М (0,001 g-eq/l).

Разполага с данни за наситеността на H + и CH 3 COO - йони, както и за тяхната електропроводимост (λ n+ 0,001 = 311 Ohm -1. cm 2. mol -1, λ снсоо- 0.001 ≈ 40.9 Ohm -1. cm 2. mol -1), се изчислява специфичната електрическа проводимост „k“.

k = (311 + 40,9) . 0,001/1000 = 3,52,10 -4 Ohm -1 cm -1 (S/cm) или 352 µS/cm.

Уважаеми господа, ако имате нужда от коригиране на индикатора „Електропроводимост“, за да приведете качеството на водата до определени стандарти, моля, направете заявка до специалистите на компанията Waterman. Ние ще Ви предложим оптималната технологична схема за пречистване на водата.

Дължина и разстояние Маса Мерки за обем на насипни твърди вещества и хранителни продукти Площ Обем и мерни единици в кулинарни рецепти Температура Налягане, механично напрежение, модул на Юнг Енергия и работа Мощност Сила Време Линейна скорост Ъгъл на равнината Топлинна ефективност и горивна ефективност Числа Единици за измерване на количеството на информация Обменни курсове Размери дамско облекло и обувки Размери на мъжко облекло и обувки Ъглова скорост и честота на въртене Ускорение Ъглово ускорение Плътност Специфичен обем Инерционен момент Момент на сила Въртящ момент Специфична топлина на изгаряне (по маса) Енергийна плътност и специфична топлина на изгаряне на гориво (по обем) Температурна разлика Коефициент на топлинно разширение Термично съпротивление Специфична топлопроводимост Специфичен топлинен капацитет Излагане на енергия, мощност на топлинно излъчване Плътност на топлинния поток Коефициент на топлопреминаване Обемен поток Масов поток Моларен поток Плътност на масовия поток Моларна концентрация Масова концентрация в разтвор Динамичен (абсолютен) вискозитет Кинематичен вискозитет Повърхностно напрежение Паропропускливост Паропропускливост, скорост на пренос на парите Ниво на звука Чувствителност на микрофона Ниво на звуково налягане (SPL) Яркост Светлинен интензитет Осветление Компютърна графика Разделителна способност Честота и дължина на вълната Диоптрична мощност и фокусно разстояние Диоптрична мощност и увеличение на лещите (×) Електрически заряд Линейна плътност на заряда Плътност на повърхностния заряд Обемна плътност на заряда Електрически ток Линейна плътност на тока Плътност на повърхностния ток Напрегнатост на електрическото поле Електростатичен потенциал и напрежение Електрическо съпротивление Електрическо съпротивление Електрическа проводимост Електрическа проводимост Електрически капацитет Индуктивност Американски проводник Нива в dBm (dBm или dBmW), dBV (dBV), ватове и други единици Магнитодвижеща сила Полета на магнитна сила Магнитен поток Магнитна индукция Мощност на абсорбираната доза йонизиращо лъчение Радиоактивност. Радиоактивно разпадане Радиация. Експозиционна доза радиация. Погълната доза Десетични префикси Предаване на данни Типография и обработка на изображения Единици обем дървен материал Изчисляване на моларна маса Периодична таблица на химичните елементи Д. И. Менделеев

Първоначална стойност

Преобразувана стойност

сименс на метър пикозименс на метър mo на метър mo на сантиметър abmo на метър abmo на сантиметър statmo на метър statmo на сантиметър сименс на сантиметър милисименс на метър милисименс на сантиметър микросименс на метър микросименс на сантиметър условна единица за електрическа проводимост условен коефициент на електрическа проводимост ppm , коеф. преизчисление 700 ppm, коеф. преизчисление 500 ppm, коеф. преизчисление 640 TDS, ppm, коеф. преизчисление 640 TDS, ppm, коеф. преизчисление 550 TDS, ppm, коеф. преизчисление 500 TDS, ppm, коеф. преизчисляване 700

Повече за електрическата проводимост

Въведение и дефиниции

Електрическа проводимост (или електрическа проводимост)е мярка за способността на веществото да провежда електрически ток или да премества електрически заряди в него. Това е отношението на плътността на тока към напрегнатостта на електрическото поле. Ако разгледаме куб от проводим материал със страна 1 метър, тогава проводимостта ще бъде равна на електрическата проводимост, измерена между две противоположни страни на този куб.

Специфичната проводимост е свързана с проводимостта по следната формула:

G = σ(A/l)

Където Ж- електропроводимост, σ - специфична електропроводимост, А- напречно сечение на проводника, перпендикулярно на посоката на електрическия ток и л- дължина на проводника. Тази формула може да се използва с всеки проводник с форма на цилиндър или призма. Имайте предвид, че тази формула може да се използва и за правоъгълен паралелепипед, тъй като това е специален случай на призма, чиято основа е правоъгълник. Нека си припомним, че електрическата проводимост е реципрочната стойност на електрическото съпротивление.

За хората, далеч от физиката и технологиите, може да бъде трудно да разберат разликата между проводимостта на проводника и специфичната проводимост на веществото. Междувременно, разбира се, това са различни физически величини. Проводимостта е свойство на даден проводник или устройство (като резистор или обшивка), докато проводимостта е присъщо свойство на материала, от който е направен този проводник или устройство. Например, проводимостта на медта винаги е една и съща, независимо как се променят формата и размерът на медния обект. В същото време проводимостта на медна жица зависи от нейната дължина, диаметър, маса, форма и някои други фактори. Разбира се, подобни предмети, направени от материали с по-висока проводимост, имат по-висока проводимост (макар и не винаги).

В Международната система от единици (SI) единицата за електрическа проводимост е Siemens на метър (S/m). Единицата за проводимост, включена в него, е кръстена на немския учен, изобретател и предприемач Вернер фон Сименс (1816–1892). Основаната от него през 1847 г. Siemens AG (Siemens) е една от най-големите компании, произвеждащи електрическо, електронно, енергийно, транспортно и медицинско оборудване.

Диапазонът на електрическата проводимост е много широк: от материали с високо съпротивление като стъкло (което между другото провежда добре електричество, ако се нагрее до червено) или полиметилметакрилат (плексиглас) до много добри проводници като сребро, мед или злато. Електрическата проводимост се определя от броя на зарядите (електрони и йони), скоростта, с която се движат, и количеството енергия, което могат да носят. Водните разтвори на различни вещества, които се използват например във ваните за покритие, имат средни стойности на проводимост. Друг пример за електролити със средни стойности на проводимост е вътрешната среда на тялото (кръв, плазма, лимфа и други течности).

Проводимостта на металите, полупроводниците и диелектриците е разгледана подробно в следните статии на уебсайта Physical Quantity Converter: и Електрическа проводимост. В тази статия ще обсъдим по-подробно специфичната проводимост на електролитите, както и методите и простото оборудване за нейното измерване.

Специфична електропроводимост на електролитите и нейното измерване

Специфичната проводимост на водните разтвори, в които възниква електрически ток в резултат на движението на заредени йони, се определя от броя на носителите на заряд (концентрацията на веществото в разтвора), скоростта на тяхното движение (мобилността на йоните). зависи от температурата) и заряда, който носят (определя се от валентността на йоните). Следователно в повечето водни разтвори повишаването на концентрацията води до увеличаване на броя на йоните и следователно до увеличаване на проводимостта. Въпреки това, след достигане на определен максимум, специфичната проводимост на разтвора може да започне да намалява с по-нататъшно увеличаване на концентрацията на разтвора. Следователно разтвори с две различни концентрации на една и съща сол могат да имат еднаква проводимост.

Температурата също влияе върху проводимостта, защото с повишаването на температурата йоните се движат по-бързо, което води до повишена проводимост. Чистата вода е лош проводник на електричество. Обикновената дестилирана вода, която съдържа въглероден диоксид от въздуха в равновесие и обща минерализация под 10 mg/l, има специфична електропроводимост от около 20 mS/cm. Специфичната проводимост на различните разтвори е дадена в таблицата по-долу.

За определяне на специфичната проводимост на разтвора се използва съпротивителен метър (омметър) или проводимост. Това са почти идентични устройства, различаващи се само в мащаба. И двете измерват спада на напрежението в участъка от веригата, през който протича електрически ток от батерията на устройството. Измерената стойност на проводимостта се преобразува ръчно или автоматично в специфична проводимост. Това се прави, като се вземат предвид физическите характеристики на измервателното устройство или сензора. Сензорите за проводимост са прости: те представляват чифт (или два чифта) електроди, потопени в електролит. Сензорите за измерване на проводимост се характеризират с константа на сензора за проводимост, което в най-простия случай се определя като отношението на разстоянието между електродите дкъм зоната (електрод), перпендикулярна на тока А

Тази формула работи добре, ако площта на електродите е значително по-голяма от разстоянието между тях, тъй като в този случай по-голямата част от електрическия ток протича между електродите. Пример: за 1 кубичен сантиметър течност K = D/A= 1 cm/1 cm² = 1 cm⁻¹. Обърнете внимание, че сензорите за проводимост с малки електроди, разположени на относително голямо разстояние, се характеризират с постоянни стойности на сензора от 1,0 cm⁻¹ и по-високи. В същото време сензорите с относително големи електроди, разположени близо един до друг, имат константа от 0,1 cm⁻¹ или по-малко. Константата на сензора за измерване на електрическата проводимост на различни устройства варира от 0,01 до 100 cm⁻¹.

Теоретична константа на сензора: ляво - К= 0,01 cm⁻¹, дясно - К= 1 cm⁻¹

За да се получи проводимостта от измерената проводимост, се използва следната формула:

σ = K ∙ G

σ - специфична проводимост на разтвора в S/cm;

К- константа на сензора в cm⁻¹;

Ж- проводимост на сензора в сименс.

Константата на сензора обикновено не се изчислява от неговите геометрични размери, а се измерва в конкретно измервателно устройство или в специфична измервателна настройка, като се използва разтвор с известна проводимост. Тази измерена стойност се въвежда в кондуктомера, който автоматично изчислява проводимостта от измерените стойности на проводимостта или съпротивлението на разтвора. Поради факта, че проводимостта зависи от температурата на разтвора, устройствата за нейното измерване често съдържат температурен сензор, който измерва температурата и осигурява автоматична температурна компенсация на измерванията, тоест нормализиране на резултатите до стандартна температура от 25 ° C .

Най-простият начин за измерване на проводимостта е да се приложи напрежение към два плоски електрода, потопени в разтвор, и да се измери протичащият ток. Този метод се нарича потенциометричен. Според закона на Ом проводимостта Же съотношението на тока азкъм напрежение U:

Не всичко обаче е толкова просто, както е описано по-горе - има много проблеми при измерването на проводимостта. Ако се използва постоянен ток, йоните се събират на повърхностите на електродите. Освен това може да възникне химическа реакция на повърхностите на електродите. Това води до увеличаване на поляризационното съпротивление на повърхностите на електродите, което от своя страна води до грешни резултати. Ако се опитате да измерите съпротивлението например на разтвор на натриев хлорид с конвенционален тестер, ясно ще видите как показанията на дисплея на цифрово устройство се променят доста бързо в посока на увеличаване на съпротивлението. За да се елиминира влиянието на поляризацията, често се използва сензорна конструкция от четири електрода.

Поляризацията също може да бъде предотвратена или във всеки случай намалена, ако се използва вместо постоянна по време на измерване и дори честотата може да се регулира в зависимост от проводимостта. Ниските честоти се използват за измерване на ниска проводимост, където влиянието на поляризацията е малко. По-високи честоти се използват за измерване на висока проводимост. Обикновено честотата се регулира автоматично по време на процеса на измерване, като се вземат предвид получените стойности на проводимостта на разтвора. Съвременните дигитални двуелектродни кондуктометри обикновено използват сложни вълнови форми на променлив ток и температурна компенсация. Те са фабрично калибрирани, но често е необходимо повторно калибриране по време на работа, тъй като константата на измервателната клетка (сензор) се променя с времето. Например, може да се промени, когато сензорите се замърсят или когато електродите претърпят физически и химически промени.

В традиционен двуелектроден кондуктометър (това е този, който ще използваме в нашия експеримент), се прилага променливо напрежение между два електрода и се измерва токът, протичащ между електродите. Този прост метод има един недостатък - измерва се не само съпротивлението на разтвора, но и съпротивлението, причинено от поляризацията на електродите. За да се сведе до минимум влиянието на поляризацията, се използва дизайн на сензор с четири електрода, както и покритие на електродите с платинено черно.

Обща минерализация

За определяне често се използват устройства за измерване на електропроводимост обща минерализация или съдържание на твърди вещества(англ. total dissolved solids, TDS). Това е мярка за общото количество органични и неорганични вещества, съдържащи се в течност в различни форми: йонизирана, молекулярна (разтворена), колоидна и в суспензия (неразтворена). Разтворените вещества включват всякакви неорганични соли. Основно това са хлориди, бикарбонати и сулфати на калций, калий, магнезий, натрий, както и някои органични вещества, разтворени във вода. За да бъдат класифицирани като пълна минерализация, веществата трябва да бъдат или разтворени, или под формата на много фини частици, които преминават през филтри с диаметър на порите по-малък от 2 микрометра. Наричат се вещества, които са постоянно суспендирани в разтвор, но не могат да преминат през такъв филтър суспендирани твърди вещества(англ. total suspended solids, TSS). Общите суспендирани твърди вещества обикновено се измерват, за да се определи качеството на водата.

Има два метода за измерване на съдържанието на твърди вещества: гравиметричен анализ, който е най-точният метод, и измерване на проводимостта. Първият метод е най-точен, но изисква много време и лабораторно оборудване, тъй като водата трябва да се изпари, за да се получи сух остатък. Това обикновено се прави при 180°C в лабораторни условия. След пълното изпаряване остатъкът се претегля на прецизна везна.

Вторият метод не е толкова точен, колкото гравиметричния анализ. Въпреки това, той е много удобен, широко разпространен и най-бързият метод, тъй като представлява просто измерване на проводимост и температура, което се извършва за няколко секунди с евтин измервателен уред. Методът за измерване на специфичната електрическа проводимост може да се използва поради факта, че специфичната проводимост на водата зависи пряко от количеството йонизирани вещества, разтворени в нея. Този метод е особено удобен за наблюдение на качеството на питейната вода или оценка на общия брой йони в разтвор.

Измерената проводимост зависи от температурата на разтвора. Тоест, колкото по-висока е температурата, толкова по-висока е проводимостта, тъй като йоните в разтвора се движат по-бързо с повишаване на температурата. За да се получат независими от температурата измервания, се използва концепцията за стандартна (референтна) температура, до която се свеждат резултатите от измерването. Референтната температура ви позволява да сравнявате резултатите, получени при различни температури. По този начин кондуктомерът може да измерва действителната проводимост и след това да използва коригираща функция, която автоматично ще коригира резултата до референтна температура от 20 или 25°C. Ако се изисква много висока точност, пробата може да се постави в инкубатор, след което измервателният уред може да се калибрира при същата температура, която ще се използва при измерванията.

Повечето съвременни кондуктометри имат вграден температурен сензор, който се използва както за температурна корекция, така и за измерване на температурата. Най-модерните инструменти са в състояние да измерват и показват измерените стойности в единици проводимост, съпротивление, соленост, обща соленост и концентрация. Отбелязваме обаче още веднъж, че всички тези устройства измерват само проводимост (съпротивление) и температура. Всички физически величини, показани на дисплея, се изчисляват от устройството, като се вземе предвид измерената температура, която се използва за автоматична температурна компенсация и привеждане на измерените стойности до стандартна температура.

Експеримент: измерване на обща минерализация и проводимост

И накрая, ще извършим няколко експеримента за измерване на проводимостта с помощта на евтин измервател на общата минерализация TDS-3 (наричан още салинометър, салинометър или кондуктометър). Цената на „неназованото“ устройство TDS-3 в eBay, включително доставката към момента на писане, е по-малко от 3,00 щатски долара. Абсолютно същото устройство, но с името на производителя, струва 10 пъти повече. Но това е за тези, които обичат да плащат за марката, въпреки че има много голяма вероятност и двете устройства да бъдат произведени в една и съща фабрика. TDS-3 извършва температурна компенсация и за целта е оборудван с температурен датчик, разположен до електродите. Следователно може да се използва и като термометър. Още веднъж трябва да се отбележи, че апаратът всъщност измерва не самата минерализация, а съпротивлението между два телени електрода и температурата на разтвора. Той автоматично изчислява всичко останало с помощта на коефициенти за калибриране.

Уредът за измерване на обща минерализация може да ви помогне да определите съдържанието на твърди вещества, например когато наблюдавате качеството на питейната вода или определяте солеността на водата в аквариум или сладководно езерце. Може да се използва и за наблюдение на качеството на водата в системите за филтриране и пречистване на вода, за да се знае кога е време за смяна на филтъра или мембраната. Инструментът е фабрично калибриран с 342 ppm (части на милион или mg/L) разтвор на натриев хлорид, NaCl. Диапазонът на измерване на уреда е 0–9990 ppm или mg/l. PPM - част на милион, безразмерна единица за измерване на относителни стойности, равна на 1 10⁻⁶ от основния индикатор. Например, масова концентрация от 5 mg/kg = 5 mg в 1 000 000 mg = 5 ppm или ppm. Точно както процентът е една стотна, ppm е една милионна. Процентите и ppm са много сходни по значение. Частите на милион, за разлика от процентите, са полезни за посочване на концентрацията на много слаби разтвори.

Устройството измерва електрическата проводимост между два електрода (т.е. реципрочната стойност на съпротивлението), след което преобразува резултата в специфична електрическа проводимост (в англоезичната литература често се използва съкращението EC), като използва горната формула за проводимост, като взема предвид константата на сензора K, след това извършва друго преобразуване чрез умножаване на получената проводимост с коефициент на преобразуване 500. Резултатът е обща стойност на солеността в части на милион (ppm). Повече подробности за това по-долу.

Този измервател на обща минерализация не може да се използва за тестване на качеството на вода с високо съдържание на сол. Примери за вещества с високо съдържание на сол са някои храни (обикновена супа с нормално съдържание на сол от 10 g/l) и морска вода. Максималната концентрация на натриев хлорид, която този уред може да измери, е 9990 ppm или около 10 g/l. Това е типичната концентрация на сол в храните. Това устройство също не може да измерва солеността на морската вода, тъй като тя обикновено е 35 g/l или 35 000 ppm, което е много по-високо от това, което устройството може да измери. Ако се опитате да измерите такава висока концентрация, уредът ще покаже съобщение за грешка Err.

Измервателят за соленост TDS-3 измерва специфичната проводимост и използва така наречената „скала 500“ (или „скала на NaCl“) за калибриране и преобразуване в концентрация. Това означава, че за да се получи концентрацията на ppm, стойността на проводимостта в mS/cm се умножава по 500. Тоест, например, 1,0 mS/cm се умножава по 500, за да се получат 500 ppm. Различните индустрии използват различни мащаби. Например в хидропониката се използват три скали: 500, 640 и 700. Единствената разлика между тях е в използването. Скалата 700 се основава на измерване на концентрацията на калиев хлорид в разтвор и превръщането на специфичната проводимост в концентрация се извършва, както следва:

1,0 mS/cm x 700 дава 700 ppm

Скалата 640 използва коефициент на преобразуване 640 за преобразуване на mS в ppm:

1,0 mS/cm x 640 дава 640 ppm

В нашия експеримент първо ще измерим общата минерализация на дестилираната вода. Солемерът показва 0 ppm. Мултиметърът показва съпротивление от 1,21 MOhm.

За експеримента ще подготвим разтвор на натриев хлорид NaCl с концентрация 1000 ppm и ще измерим концентрацията с помощта на TDS-3. За да приготвим 100 ml разтвор, трябва да разтворим 100 mg натриев хлорид и да добавим дестилирана вода към 100 ml. Претеглете 100 mg натриев хлорид и го поставете в мерителен цилиндър, добавете малко дестилирана вода и разбъркайте, докато солта се разтвори напълно. След това добавете вода до марката 100 ml и отново разбъркайте добре.

За експериментално определяне на проводимостта използвахме два електрода, направени от същия материал и със същите размери като електродите TDS-3. Измереното съпротивление беше 2,5 KOhm.

Сега, след като знаем съпротивлението и концентрацията на ppm на натриев хлорид, можем приблизително да изчислим клетъчната константа на измервателя на солеността TDS-3, използвайки формулата по-горе:

K = σ/G= 2 mS/cm x 2,5 kOhm = 5 cm⁻¹

Тази стойност от 5 cm⁻¹ е близка до изчислената постоянна стойност на измервателната клетка TDS-3 с размерите на електрода, посочени по-долу (вижте фигурата).

D = 0,5 cm - разстояние между електродите;
W = 0,14 cm - ширина на електродите
L = 1,1 cm - дължина на електродите

Константата на сензора TDS-3 е K = D/A= 0,5/0,14x1,1 = 3,25 cm⁻¹. Това не се различава много от стойността, получена по-горе. Нека си припомним, че горната формула позволява само приблизителна оценка на константата на сензора.

Трудно ли ви е да превеждате мерни единици от един език на друг? Колегите са готови да ви помогнат. Публикувайте въпрос в TCTermsи след няколко минути ще получите отговор.

Спомняте си от курса по физика, че електрическото съпротивление на всеки проводник може да се изчисли по формулата:

където R е съпротивление в ома;

l - дължина на проводника, cm;

S - площ на напречното сечение, cm 2;

r - съпротивление, т.е. съпротивлението на проводник с дължина 1 cm и площ на напречното сечение 1 cm 2.

В електрохимията е обичайно да се използват посочените реципрочни количества:

Стойността L се нарича електрическа проводимост и се измерва в Siemens (Sm) Sm = Ohm -1.

Величината À се нарича специфична електропроводимост. Лесно е да се заключи, че стойността À се измерва в cm × cm -1. На фиг. 3.1. представена е кондуктометрична клетка, използвана за измерване на електрическата проводимост. Представлява съд 1 без дъно, в който са поставени два платинени електрода 2, поставени в тестовия разтвор 3.

Стойността на K се определя експериментално. За да направите това, е необходимо да измерите електрическата проводимост L на разтвор, за който À е известно. Обикновено за тази цел се използват разтвори на калиев хлорид с известна концентрация (0,1; 0,05; 0,01 mol/dm 3), чиито стойности са налични в таблиците.

От уравнение (3.5.) следва, че

Специфичната проводимост е електрическата проводимост на разтвор, поставен между два електрода с площ от 1 cm2, разположени на разстояние 1см.

повече йони, които пренасят електричество. В разредени разтвори както на силни, така и на слаби електролити, увеличаването на концентрацията води до увеличаване на проводимостта, което е свързано с увеличаване на броя на йоните. В областта на високите концентрации се наблюдава намаляване на À. За силните електролити това се дължи на увеличаване на вискозитета на разтворите и увеличаване на електростатичното взаимодействие между йони. За слабите електролити този ефект е свързан с намаляване на степента на дисоциация и следователно намаляване на броя на йоните.

С повишаване на температурата специфичната проводимост на електролитите се увеличава:

А 2 = А 1 [ 1 + a(T 2 - T 1)] (3.7.)

В това уравнение À 1 и À 2 са проводимостта при температури T 1 и T 2, а a е температурният коефициент на проводимост. Например за соли a » 0,02. Това означава, че повишаване на температурата с един градус води до увеличение на проводимостта с приблизително 2%. Това се дължи на факта, че с повишаване на температурата степента на хидратация и вискозитетът на разтворите намаляват.

Трябва да се отбележи, че за разлика от електролитите, електропроводимостта на металите намалява с повишаване на температурата.

Моларна електропроводимост

Моларната проводимост l е свързана със специфичната проводимост по формулата:

l = À×1000/s (3.8.)

В този израз c е моларната концентрация на разтвора, mol × dm -3. Моларната проводимост се изразява в cm × cm 2 × mol -1. Така,

моларна проводимост е проводимостта на разтвор, съдържащ 1 мол вещество при разстояние между електродите 1 cm.

Моларната електрическа проводимост както на силните, така и на слабите електролити намалява с увеличаване на концентрацията. Природата на зависимостта на l от c за силни и слаби електролити е различна, т.к влиянието на концентрацията се дължи на различни причини.

Силни електролити. При ниски концентрации зависимостта на моларната проводимост от концентрацията се изразява чрез емпиричното уравнение на Колрауш:

l = l 0 –bÖс (3.9.)

където b е константа, определена експериментално,

и l 0 – моларна електрическа проводимост при безкрайно разреждане или ограничаваща моларна проводимост.

По този начин,

liml C ® 0 = l 0 (3.10.)

Невъзможно е да се приготви разтвор, чиято концентрация е нула. Стойността на l 0 за силни електролити може да се определи графично. От уравнение (3.9.) следва, че графиката на l = f(Öc) за силни електролити е права линия (фиг. 3.3., линия 1).

Ако приготвите серия от разтвори с различни концентрации, измерите тяхната проводимост L, изчислите и начертаете l = f(Öc), след което екстраполирате получената права линия към ординатата (c = 0), можете да определите l 0. Ако вземем предвид, че силните електролити, независимо от концентрацията на разтвора, са напълно дисоциирани, стигаме до извода, че броят на йоните, образувани от 1 мол вещество, винаги е един и същ. Това означава, че скоростта на движение на йони зависи от концентрацията на разтвора, с увеличаване на концентрацията тя се увеличава йонно инхибиране. Това явление е свързано с образуването около всеки йон в разтвора йонна атмосфера, състояща се предимно от йони с противоположен знак. С увеличаване на концентрацията вискозитетът на разтвора също се увеличава. Има и други причини за забавянето на движението на йони в електрическо поле, на които няма да се спираме.

Ако експериментално определите стойността на l за разтвор с дадена концентрация и графично намерите l 0, можете да изчислите стойността на коефициента на електрическа проводимост f :

f= l / l 0 (3.11.)

Коефициент fхарактеризира степента на инхибиране на йони и клони към единица, когато разтворът се разрежда.

Слаби електролити. Моларната проводимост на слабите електролити е значително по-малка от тази на разтворите на силни електролити (фиг. 3.3, линия 2). Това се дължи на факта, че дори при ниски концентрации степента на дисоциация на слабите електролити е малка. Увеличаването на моларната проводимост на слабите електролити при разреждане на разтворите е свързано с повишаване на степента на дисоциация в съответствие със закона за разреждане на Оствалд. S. Arrhenius предполага, че моларната проводимост на слаб електролит е свързана със степента му на дисоциация чрез израза:

а= l / l 0 (3.12.)

По този начин степента на дисоциация на слаб електролит може да се изчисли, ако е известна неговата максимална моларна проводимост l 0. Въпреки това е невъзможно да се определи l 0 графично чрез екстраполиране на графиката l = f(Öc), тъй като кривата (фиг. 3.3., линия 2) с намаляване на концентрацията асимптотично се доближава до ординатата.

Стойността l 0 може да се определи с помощта на закона независимост от движението на йони на Kohlrausch:

Моларната електрическа проводимост на електролита с безкрайно разреждане на разтвора е равна на сумата от максималните подвижности на катиони и аниони.

l 0 =l 0,+ + l 0,– (3.13.)

Подвижностите на катиона и аниона са пропорционални на абсолютните скорости на движение на йоните (виж таблица 3.1.).

l 0,+ = F×U + ; l 0,– = F×U – (3.14.)

В тези формули F е единица за електричество, наречена Фарадей, равна на 96494 кулона (C). В таблица 3.2. Дадена е максималната подвижност на някои йони.

Трябва да се отбележи, че законът за независимост на движението на йони е валиден както за слабите, така и за силните електролити.

Таблица 3.2.

Ограничаваща подвижност на йони (cm 2 × Cm × mol -1) при 25 0 C

Катион	l 0,+	Анион	l 0,–
H + K + Na + Li + Ag + Ba 2+ Ca 2+ Mg 2+	349,8 73,5 50,1 38,7 61,9 127,2 119,0 106,1	OH - I - Br - Cl - NO 3 - CH 3 COO - SO 4 2-	76,8 78,4 76,3 71,4 40,9 160,0

Приложения на измерване на проводимост

Нарича се метод за изследване, базиран на измерване на електрическата проводимост кондуктометрия. Този метод се използва широко в лабораторната практика. Устройство за измерване на електропроводимостта се нарича кондуктометър. По-специално, кондуктометричният метод позволява да се определят константите на дисоциация на слабите електролити.

Пример.Определяне на константата на дисоциация на оцетната киселина.

а) За да намерим константата на кондуктометричната клетка, приготвихме разтвори на калиев хлорид с моларни концентрации 0,1 и 0,02 mol × dm -3 и измерихме тяхната проводимост, която се оказа равна на L 1 = 0,307 S и L 2 = 0,0645 S, съответно.В таблицата намираме стойностите на специфичната проводимост на разтворите на калиев хлорид с посочените концентрации:

À 1 = 1,29×10 -1 Sm×cm -1 ; À 2 = 2,58×10 -2 Sm×cm -1

Съгласно уравнение 3.6. Изчисляваме константата на клетката:

K 1 = À 1 /L 1 = 0,42 cm -1

K 2 = À 2 /L 2 = 0,40 cm -1

Средна стойност K = 0,41 cm -1

б) Приготвихме два разтвора на оцетна киселина с концентрации c 1 = 0,02 mol × dm -3 и c 2 = 1 × 10 -3 mol × dm -3. С помощта на кондуктометър е измерена тяхната електропроводимост:

L 1 = 5,8×10 -4 cm; L 2 = 1,3 × 10 -4 Вижте.

в) Изчислете специфичната проводимост:

À 1 = L 1 ×K = 5,8×10 -4 ×0,41 = 2,378×10 -4 Cm×cm -1

À 2 = L 2 ×K = 1,2×10 -4 ×0,41 = 0,492×10 -4 Sm×cm -1

г) Използвайки формула (3.8.) намираме моларната електрическа проводимост l 1 = 11,89 Sm × cm 2 × mol -1; l 2 = 49,2 cm × cm 2 × mol -1

д) Намираме с помощта на таблица 3.2. стойността на максималната моларна проводимост на оцетната киселина: l 0 = 349,8 +40,9 = 390,7 S cm × cm 2 × mol -1.

д) Накрая, за всеки разтвор изчисляваме степента на дисоциация (уравнение 3.12.) и константата на дисоциация

a 1 = 3,04×10 -2; a 2 = 1,26×10 -1

K 1 = 1,91×10 -5; К 2 = 1,82×10 -5

Средна стойност K = 1,86×10 -5

Техническото изпълнение на тази задача ще позволи на човечеството да не плаща прекомерна данък за използването на най-удобния вид енергия - под формата на топлинни загуби по време на генерирането, трансформацията и преноса на електроенергия. Косвеният ефект от развитието на свръхпроводимостта би бил значително подобряване на екологията на околната среда поради намаляване на нивото на емисиите на вредни продукти от горенето на въглища, мазут и газ от топлоелектрически централи и край на безполезното нагряване на земната атмосфера и намаляване на емисиите на парникови газове.

Проводимостта, заедно със съпротивлението, играе голяма роля в електротехниката и други технически науки. Физическият му смисъл е интуитивно ясен от хидравличния аналог - всеки разбира, че широкият маркуч има по-малко съпротивление на водния поток и съответно пропуска вода по-добре от тънкия. Същото важи и за електрическата проводимост - материята с по-ниско съпротивление провежда по-добре електричеството.

Единицата за електропроводимост е кръстена на известния немски инженер, изобретател, учен и индустриалец – основател на Siemens – Ернст Вернер фон Сименс. Между другото, той предложи живачната единица за съпротивление, която е малко по-различна от съвременния ом. Siemens дефинира единицата за съпротивление като съпротивлението на живачен стълб с височина 100 cm и напречно сечение 1 mm² при температура 0 ° C.

Физика на явленията

твърд, течностили газообразен плазма

кристаленИ аморфен.

Тези зони се наричат валентност проводяща лента забранена зона

Електропроводимост на металите

Много преди откриването на електроните беше експериментално показано, че преминаването на ток в металите не е свързано, за разлика от тока в течните електролити, с преноса на материя. Експеримент, елегантен в своята простота, извършен от немския физик Карл Виктор Едуард Рике през 1901 г., убедително доказва, че носителите на ток в металите са определено вещество, непознато по това време. В продължение на една година той пропуска електрически ток през своеобразен „сандвич“ от различни метали (мед-алуминий-мед) и в края на експеримента открива, че металите не се смесват. По-късно чрез трудовете на датския учен Нилс Бор е създадена и блестящо потвърдена теория за планетарната структура на атома, състояща се от положително ядро, което включва частици, които сега наричаме нуклони - това са протони и неутрони - и външни обвивки от отрицателно заредени електрони. Физиците все още използват тази теория, въпреки че са направили някои корекции в нея.

Електрическата проводимост на самите полупроводници е електронна по природа и силно зависи от примесите. Техническото използване на това свойство е намерило приложение при създаването на усилватели и ключови елементи на съвременната електроника. Характерни полупроводници са четиривалентният германий (Ge) и силиций (Si), които образуват кристална структура от атоми, свързани помежду си чрез ковалентни връзки от електронните двойки на външната обвивка на атомите. Въвеждането на примеси драматично променя проводимостта на тези полупроводници. Например, при добавяне на петвалентни атоми на галий (Ga) или арсен (As), в полупроводника се образува излишък от валентни електрони, които стават общо свойство на полупроводниковата проба, в този случай те говорят за n-тип проводимост. Ако тривалентен индий (In) се добави към полупроводник, тогава се образува дефицит на валентни електрони, в този случай те говорят за "дупка" p-тип проводимост.

Електрическата проводимост на полупроводниците силно зависи от прилагането на външни фактори, като електрическо или магнитно поле, осветяване със светлина с различен интензитет и спектър или излагане на различни видове радиация, включително гама лъчи. Думата "quanta" не се използва в английската терминология. Това свойство на легираните полупроводници намери широко приложение в съвременните технологии. Уникалното свойство на еднопосочна проводимост се притежава от комбинация от полупроводници с различни видове проводимост, така нареченият p-n преход, който се превърна в основата на съвременната електроника.

катиониИ аниони

Електропроводимост на газовете

фотохимична йонизация ударна йонизация

Електропроводимост в биологията

Свръхпроводимост

Ако терминът "електропроводимост" е познат предимно на специалисти по физика и електротехника, тогава почти всеки е чувал за свръхпроводници, благодарение на усилията на журналистите. Наред с развитието на термоядрената енергия, създаването на свръхпроводящи материали, които работят при нормални земни температури, е мечтата и философският камък на физиката от 21-ви век.

В допълнение, въвеждането на свръхпроводници в различни сектори на промишлеността и транспорта би довело до нова техническа революция, от чиито плодове може да се наслаждава цялото население на Земята. Всички електрически машини - генератори, трансформатори, двигатели - ще намалят по размер, но мощността им ще се увеличи; използването на електромагнити, базирани на свръхпроводимост, значително ще доближи решението на проблема с термоядрения синтез и високоскоростните влакове ще станат реалност.

Въз основа на това интересът към проблема за свръхпроводимостта от страна на учени и инженери по света е разбираем и вече се появяват първите материали, способни да реализират практическа свръхпроводимост. Основната посока на изследователските усилия наскоро стана графенът и графеноподобните материали, които по същество са двуизмерни структури с уникална проводимост.

Определение и единици за електропроводимост

Електрическата проводимост е способността на материала да пропуска електрически ток през себе си. Електрическата проводимост или по друг начин електрическата проводимост е реципрочната стойност на съпротивлението. Проводимостта се обозначава с буквата G.

В системата SI електрическата проводимост се измерва в сименс (1 Sm = 1 Ohm⁻¹). В системата на Гаус и в SGSE се използва staticsiemens, а SGSM използва absiemens.

Физика на явленията

Електрическата проводимост на всеки материал се определя преди всичко от неговото физическо състояние: веществото може да бъде твърд, течностили газообразен. Съществува и четвърто агрегатно състояние, наречено плазма, което изгражда горните слоеве на нашето Слънце.

Когато се разглеждат явленията на електрическата проводимост в твърдите тела, не може да се мине без съвременните концепции на физиката на твърдото тяло и лентовата теория на проводимостта. От структурна гледна точка твърдите тела се делят на кристаленИ аморфен.

Кристалните вещества имат подредена геометрична структура; атоми или молекули на вещество образуват вид обемна или плоска решетка; Тези материали включват метали, техните сплави и полупроводници. Аморфните вещества нямат кристална решетка.

От валентните електрони на атомите вътре в кристала се образуват асоциации на електрони, които не принадлежат към определен атом. Точно както състоянията на електроните в изолиран атом са ограничени до дискретни енергийни нива, състоянията на електроните в твърдо тяло са ограничени дискретни енергийни зони. Тези зони се наричат валентностили запълнени зони. В допълнение към валентната лента, кристалът има проводяща лента, който се намира, като правило, над валентния. Тези две зони в диелектриците и полупроводниците са разделени забранена зона, т.е. енергийна зона, в която не може да се намира нито един електрон.

От гледна точка на лентовата теория, диелектриците, полупроводниците и металите се различават само по ширината на забранената зона. Диелектриците имат най-широка забранена лента, понякога достигаща 15 eV. При абсолютна нулева температура няма електрони в зоната на проводимост, но при стайна температура вече ще има определен брой електрони, избити от валентната зона поради топлинна енергия. В проводниците (метали) зоната на проводимост и валентната зона се припокриват, следователно при абсолютна нулева температура в тази припокриваща се лента има достатъчно голям брой електрони на проводимост, които могат да се движат и да образуват ток. Полупроводниците имат малки забранени зони и тяхната електрическа проводимост силно зависи от температурата и други фактори, както и от наличието на примеси.

Електропроводимост на металите

Проводимостта на металите се дължи на наличието на голям брой валентни електрони от външните обвивки на металните атоми, които не принадлежат на конкретен атом, а стават собственост на целия ансамбъл от атоми на пробата. Съвсем естествено е, че металните атоми, които имат по-голям брой електрони на външната си обвивка, също имат по-висока електропроводимост - това включва мед (Cu), сребро (Ag) и злато (Au), което винаги е отличавало стойността на тези метали за електротехника и електроника.

Електрическа проводимост на полупроводници

Електропроводимост на електролитите

Електрическата проводимост на електролитите е способността на разтворите на веществата да провеждат електрически ток при прилагане на електрическо напрежение. Токоносителите в тях са положително и отрицателно заредени йони - катиониИ аниони, които съществуват в разтвор поради електролитна дисоциация. Йонната електрическа проводимост на електролитите, за разлика от електронната проводимост, характерна за металите, се придружава от прехвърляне на материя към електродите с образуването на нови химични съединения в близост до тях.

Общата (обща) проводимост се състои от проводимостта на катиони и аниони, които се движат в противоположни посоки под въздействието на външно електрическо поле. Свързано е с подвижността на йони, характеристика, която зависи от размера и заряда на наличните катиони и аниони. Доказано е, че уникалната подвижност на водните йони - водородния атом на катиона Н+ и аниона на хидроксилната група ОН- се определя от структурата на водата, която образува асоциации на молекули с определен заряд. Механизмът на прехвърляне на заряда в такива асоциации се нарича крокет и по същество напомня механизма на пренос на енергия в билярда - когато ударите поредица от последователни топки с топката-бияч, последната далечна топка излита от тази асоциация.

Електропроводимостта на водата, този най-универсален разтворител на Земята, силно зависи от примесите на разтворени вещества, поради което електропроводимостта на морската или океанската вода рязко се различава от електропроводимостта на прясната вода в реките и езерата (ние също използваме лечебните свойства на минералните води и оттук идват легендите за живи и мъртви) вода).

Количествено електропроводимостта на електролитите се характеризира с еквивалентна електропроводимост - проводимостта на всички йони, образувани в 1 грам еквивалент от електролита.

Електропроводимост на газовете

Електрическата проводимост на газовете се дължи на наличието на свободни електрони и йони в тях и затова се нарича електронно-йонна проводимост. Газовете, поради тяхното разреждане, се характеризират с голяма дължина на пътя преди сблъсъка на молекули и йони; поради това тяхната електропроводимост при нормални условия е ниска. Същото може да се каже и за смесите от газове. Естествена смес от газове е атмосферният въздух, който в електротехниката се счита за добър изолатор. Електрическата проводимост на газовете зависи до голяма степен от различни физични фактори, като налягане, температура и състав на сместа. Освен това влияят различни видове йонизиращи лъчения. Така например, когато са осветени с ултравиолетови или рентгенови лъчи, или под въздействието на частици, излъчвани от радиоактивни вещества, или накрая, под въздействието на висока температура, газовете придобиват свойството да провеждат електрически ток.

Този процес се нарича йонизация. Механизмите на неговото действие са различни: в горните слоеве на земната атмосфера той преобладава фотохимична йонизацияпоради улавянето на фотон от ултравиолетово лъчение или рентгенов квант от неутрална молекула, с излъчване на отрицателен електрон и трансформация на молекулата в положително зареден йон. На свой ред свободен електрон, присъединявайки се към неутрална молекула, я превръща в отрицателно зареден йон. В ниските слоеве на атмосферата той преобладава ударна йонизацияпоради сблъсъка на газовите молекули с корпускулярните частици на слънчевата и космическата радиация.

Трябва да се отбележи, че броят на положителните и отрицателните йони в атмосферния въздух при нормални условия е много малък в сравнение с общия брой на неговите молекули. 1 кубичен сантиметър газ при нормални условия на налягане и температура съдържа около 30 * 10¹⁸ молекули. В същото време в същия обем броят на йоните от двата вида е средно 800–1000. Този брой йони варира в пълно съответствие с времето на годината и времето на деня, зависи от геоложките, топографските и метеорологичните условия и от времето: например през лятото броят на йоните е много по-голям, отколкото през зимата, при ясно и сухо време повече, отколкото при дъждовно и облачно; с мъгла йонизацията на повърхностната атмосфера се намалява почти до нула.

Електропроводимост в биологията

Познаването на електрическата проводимост на биологичните обекти дава на биолозите и лекарите мощен метод за изследване, диагностика и дори лечение. Като се има предвид фактът, че животът на сушата се е зародил в морската вода, която по същество е електролит, всички биологични обекти в една или друга степен от гледна точка на електрохимията са електролит, независимо от структурните особености на даден обект.

Но когато се разглежда протичането на ток през биологични обекти, е необходимо да се вземе предвид тяхната клетъчна структура, съществен елемент от която е клетъчната мембрана - външната обвивка, която предпазва клетката от въздействието на неблагоприятните фактори на околната среда поради селективност Имоти. По своите физични свойства клетъчната мембрана е паралелна връзка на кондензатор и съпротивление, което определя зависимостта на електропроводимостта на биологичен материал от честотата на приложеното напрежение и формата на неговите трептения.

Като цяло биологичната тъкан е конгломерат от клетки на самия орган, междуклетъчна течност (лимфа), кръвоносни съдове и нервни клетки. Тъй като последните реагират на въздействието на електрически ток с възбуждане, потокът от ток в биологичната тъкан и следователно неговата електрическа проводимост е нелинеен.

При ниски честоти на прилагания ток (до 1 kHz) електрическата проводимост на биологичните обекти се определя от свойствата на електрическата проводимост на лимфните и кръвоснабдителните канали; при високи честоти (над 100 kHz) електрическата проводимост на биологични обекти е пропорционална на общото количество електролити, съдържащи се в тъканта между електродите.

Познаването на характерните стойности на специфичната електропроводимост на биологичните тъкани и характеристиките на клетъчните мембрани позволява да се създадат устройства за обективен мониторинг на процесите, протичащи в клетките на тялото. Тази информация също помага при диагностицирането на заболявания и създаването на устройства, използвани за лечение (електрофореза).

За съжаление, скоростта на електрохимичните реакции е ниска, така че успяваме да се изгорим, преди да издърпаме ръката си от нещо много горещо - нервите нямат време да предадат сигнал за опасност към мозъка, а той от своя страна реагира веднага - скоростта на реакция на външни стимули нашата е стотици милисекунди. Ето защо службите за контрол на трафика ни забраняват да шофираме под въздействието на алкохол или наркотици, поради допълнителното намаляване на скоростта на реакция.

Свръхпроводимост

Феноменът на свръхпроводимост (нулево съпротивление на потока от ток) за живак, охладен до –270 градуса по Целзий, открит от Kamerlingh-Oness през 1911 г., революционизира възгледите на физиците, насочвайки вниманието им към квантовите процеси, които определят това състояние на материята.

Оттогава учените се присъединиха към температурната надпревара, вдигайки летвата за свръхпроводимост на веществата все по-високо и по-високо. Разработените от тях съединения, сплави и керамика (флуориран HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8+δ или Hg−1223) повишиха температурата на свръхпроводимост до 138 Келвина, което не е много по-ниско от минималната температура на Земята. Най-новата вълшебна пръчица за постигане на вековната мечта са новите материали с фантастични свойства - графен и подобни на него материали.

При първо приближение (доста грубо) свръхпроводимостта на металите може да се обясни с липсата на вибрации на атомите на кристалната решетка, което намалява вероятността от сблъсък на електрони с тях.

Нека се спрем на няколко аспекта на практическото приложение на свръхпроводимостта. Първата търговска свръхпроводяща електропроводна линия беше пусната от American Superconductor на Лонг Айлънд, Ню Йорк, в края на юни 2008 г. Южнокорейската компания LS Cable ще създаде свръхпроводящи електропроводи в Сеул и други градове с обща дължина на свръхпроводящия кабел от 3000 км. А трифазният концентричен кабел за 10 000 волта на проекта AmpaCity, разработен и внедрен в Германия, е проектиран да пренася 40 мегавата мощност. В сравнение с меден кабел със същия размер, свръхпроводящият кабел може да предаде пет пъти повече енергия, въпреки дебелата охлаждаща риза. Проектът стартира в Есен, Германия през 2014 г.

Също така забележителен е проектът за транспортиране на електричество (и водород) от пустинята Сахара. Според експерти съществуващите технологии са в състояние да задоволят нуждите на цялото човечество само с 300 квадратни километра слънчеви панели, разположени в пустинята Сахара. А за нуждите на цяла Европа са необходими само 50 квадратни километра. Но въпросът се свежда до транспортирането на тази енергия. Поради загубите 100% от цялата генерирана енергия ще се изразходва за пренос. Предложен е много оригинален метод за предаването му без загуби през тръби, изработени от магнезиев диборид (MgB₂), охлаждани отвътре с поток от течен водород. В резултат на това имаме пренос на електроенергия без загуби през свръхпроводник плюс екологично чисто гориво – водород, произведено на място.

И в допълнение, използването на слънчева енергия за производство на електричество и водород по този начин няма да наруши екологичния и топлинен баланс на Земята, което не е присъщо на съвременните методи за производство на електричество от изкопаеми горива, било то нефт или газ или въглища. В крайна сметка тяхното използване означава въвеждане в атмосферата на допълнителна слънчева енергия, натрупана преди това от самата природа в тези източници.

Отделен въпрос от приложението на свръхпроводимостта в практиката е използването на магнитна левитация за наземен транспорт (влакове с магнитна левитация). Проучванията показват, че този вид транспорт ще бъде три пъти по-ефективен от автомобилния транспорт и пет пъти по-ефективен от самолетите.

102.50 Kb

Електропроводимост.

Електрическата проводимост (електрическа проводимост, проводимост) е способността на тялото да провежда електрически ток, както и физична величина, която характеризира тази способност и е обратна на електрическото съпротивление. В системата SI мерната единица за електрическа проводимост е см. Способността на отделните вещества да провеждат електрически ток може да се съди по тяхното електрическо съпротивление ρ. За да се прецени електрическата проводимост на материалите, се използва и понятието специфична електрическа проводимост.

Електрическата проводимост се измерва в сименс на метър (S/m).

Според закона на Ом, в линейно изотропно вещество, специфичната проводимост е коефициентът на пропорционалност между плътността на получения ток и големината на електрическото поле в средата:

където γ - специфична проводимост,

Дж - вектор на плътност на тока,

д - вектор на напрегнатостта на електрическото поле.

Електропроводимост Жпроводник може да се изрази със следните формули:

G = 1/R = S/(ρl) = γS/l = I/U

където ρ е съпротивление,
S е площта на напречното сечение на проводника,
l - дължина на проводника,
γ = 1/ρ - специфична проводимост,
U е напрежението в областта,
I е токът в секцията.

Електрическата проводимост се измерва в сименс: [G] = 1/1 Ohm = 1 cm.

В веществата има два вида носители на заряд: електрони или йони. Движението на тези заряди създава електрически ток.

Електрическата проводимост на различни вещества зависи от концентрацията на свободни електрически заредени частици. Колкото по-голяма е концентрацията на тези частици, толкова по-голяма е електропроводимостта на дадено вещество. Всички вещества, в зависимост от тяхната електропроводимост, се делят на три групи: проводници, диелектрици и полупроводници.

В зависимост от вида на токоносителите има:

- електронна проводимост в метали и полупроводници (движение на свободни електрони в материята като основни носители на заряд)

- йонна проводимост в електролитите (подредено движение на йони в веществото)

- смесена електронно-йонна проводимост в плазмата

вода. Лед. Пара.

Водата (водороден оксид) е химично вещество под формата на прозрачна течност, която е безцветна (в малки количества), мирис и вкус (при нормални условия). Химична формула: H2O. В твърдо състояние водата се нарича лед или сняг, а в газообразно състояние се нарича водна пара. Водата е добър силно полярен разтворител. В естествени условия винаги съдържа разтворени вещества (соли, газове).

В отделно разглеждана водна молекула атомите на водорода и кислорода, или по-скоро техните ядра, са подредени така, че да образуват равнобедрен триъгълник. На върха му има сравнително голямо кислородно ядро, в ъглите, съседни на основата, има едно водородно ядро.

Водната молекула е малък дипол, съдържащ положителни и отрицателни заряди на своите полюси. Тъй като масата и зарядът на кислородното ядро са по-големи от тези на водородните ядра, електронният облак се изтегля към кислородното ядро. В този случай водородните ядра са „изложени“. Така електронният облак има неравномерна плътност. В близост до водородните ядра има липса на електронна плътност, а от противоположната страна на молекулата, близо до кислородното ядро, има излишък на електронна плътност. Именно тази структура определя полярността на водната молекула. Ако свържете епицентровете на положителните и отрицателните заряди с прави линии, ще получите триизмерна геометрична фигура - правилен тетраедър.

Поради наличието на водородни връзки, всяка водна молекула образува водородна връзка с 4 съседни молекули, образувайки ажурна мрежеста рамка в ледената молекула. В течно състояние обаче водата е неподредена течност; Тези водородни връзки са спонтанни, краткотрайни, бързо се разкъсват и се образуват отново. Всичко това води до разнородност в структурата на водата.

Фактът, че водата е разнороден по състав, е установен отдавна. Ледът плува по повърхността на водата, тоест плътността на кристалния лед е по-малка от плътността на течността.

За почти всички други вещества кристалът е по-плътен от течната фаза. Освен това, дори след топене, с повишаване на температурата, плътността на водата продължава да нараства и достига максимум при 4°C. По-малко известна е аномалията на свиваемостта на водата: при нагряване от точката на топене до 40°C тя намалява и след това се увеличава. Топлинният капацитет на водата също зависи немонотонно от температурата.

Освен това при температури под 30°C, с повишаване на налягането от атмосферното до 0,2 GPa, вискозитетът на водата намалява и коефициентът на самодифузия, параметър, който определя скоростта на движение на водните молекули една спрямо друга, се увеличава.

Всяка водна молекула в кристалната структура на леда участва в 4 водородни връзки, насочени към върховете на тетраедъра. В центъра на този тетраедър има кислороден атом, в два върха има водороден атом, чиито електрони участват в образуването на ковалентна връзка с кислорода. Двата останали върха са заети от двойки кислородни валентни електрони, които не участват в образуването на вътрешномолекулни връзки. Когато протон на една молекула взаимодейства с двойка самотни кислородни електрони на друга молекула, се образува водородна връзка, по-малко силна от вътрешномолекулна връзка, но достатъчно мощна, за да задържи съседните водни молекули заедно. Всяка молекула може едновременно да образува четири водородни връзки с други молекули под строго определени ъгли, равни на 109°28", насочени към върховете на тетраедъра, които не позволяват създаването на плътна структура при замръзване.

Водната пара е газообразното състояние на водата при условия, при които газовата фаза може да бъде в равновесие с течната или твърдата фаза. Той е без цвят, вкус и мирис, образува се от водни молекули по време на изпарението му. Парата се характеризира с много слаби връзки между водните молекули, както и с тяхната висока подвижност. Неговите частици се движат почти свободно и хаотично в интервалите между сблъсъците, при които настъпва рязка промяна в характера на движението им. Свойствата на наситената пара (плътност, специфичен топлинен капацитет и др.) се определят само от налягането.

Електропроводимост на водата

Чистата вода е лош проводник на електричество. Но въпреки това, макар и много малко, той може да провежда електрически ток поради частичната дисоциация на водните молекули на H+ и OH– йони. От първостепенно значение за електрическата проводимост както на водата, така и на леда са движенията на H+ йони, така нареченото „скачане на протони“. Ниската, почти отсъстваща проводимост се дължи на факта, че водата се състои от електрически неутрални атоми и молекули, чието движение не може да се извърши от електрически ток. Разтворите на соли, киселини и основи във вода и някои други течности обаче провеждат ток добре и колкото повече е разтворено вещество, толкова по-голяма част от него се разпада на йони и толкова по-висока е проводимостта на разтвора.

Концентрацията на йони е първият фактор, влияещ върху проводимостта. Ако по време на разтварянето не настъпи дисоциация на молекули, тогава разтворът не е проводник на електричество.

Други фактори: зарядът на йона (йон със заряд +3 носи три пъти по-голям ток от този със заряд +1); подвижност на йони (тежките йони се движат по-бавно от леките) и температура. Разтвор, който провежда електрически ток, се нарича електролит.

Минерализацията на водата рязко намалява нейното електросъпротивление и следователно повишава нейната проводимост. И така, за дестилирана вода тя е приблизително 10ˉ 5 S/m, а за морска вода е около 3,33 S/m (за сравнение: хартия - 10ˉ 15, мед - 0,5·10 8 S/m). Електрическата проводимост на водата може да бъде индикатор за нейното замърсяване.

Електропроводимост на леда

Електропроводимостта на леда е много малка и в пъти по-малка от електрическата проводимост на водата, особено ако водата е поне леко минерализирана. Например специфичната електропроводимост на сладководния лед при температура 0°C е равна на 0,27·10ˉ 7 S/m, а при -20°С е равна на 0,52·10ˉ 7 S/m, докато дестилираната вода от който беше получен този лед, имаше проводимост от порядъка на 10ˉ 6 S/m.

Ниската проводимост на леда се дължи на факта, че при нормални условия той практически не съдържа свободни носители на заряд или атоми, които нямат електрон (така наречените „дупки“).

Сухият сняг, на първо място, се характеризира с ниска електрическа проводимост, което позволява дори неизолирани проводници да се поставят върху повърхността му. Неговата проводимост при температури от -2 до -16 °C е приблизително 0,35*10ˉ 5 - 0,38·10ˉ 7 S/m и е близка до специфичната проводимост на сухия лед. Мокрият сняг, напротив, има висока електропроводимост, достигаща 0,1 S/m.

Проводимостта на леда може да се увеличи чрез минерализация (насищане с йони) на изходната вода с киселини, соли и основи. Тогава йоните ще привлекат електрони от съседен атом, а те от своя страна ще станат йони. Така чрез последователно прибиране ще се премести положителен заряд.

Проводимост на водната пара

Самата пара, тъй като е газ, в който няма заредени частици, не е проводник на електричество. Проводимостта обаче може да се увеличи, ако в нея под въздействието на различни външни взаимодействия се създават заредени частици - молекули. Най-голямо влияние оказват външни агенти като рентгенови лъчи, радиеви лъчи и силно нагряване на газа. Причиняват йонизация, например, устройства, наречени йонизатори.

Механизмът на йонизация в газовете е следният: неутралните атоми и молекули съдържат същото количество положително електричество под формата на централни ядра и отрицателно електричество под формата на електрони, заобикалящи тези ядра. Под въздействието на различни причини един електрон може да бъде откъснат и молекулата, която остава, придобива положителен заряд. И изхвърленият електрон не остава свободен, той се улавя от една или повече неутрални молекули и им придава отрицателен заряд. Резултатът е двойка противоположно заредени йони. За да се откъсне един електрон от атом, той трябва да изразходва определена енергия – йонизационна енергия. Тази енергия е различна за различните вещества и зависи от структурата на атома.

Всеки образуван молекулен йон привлича неутрални молекули и по този начин образува цял йонен комплекс. Йони с противоположни знаци, когато се сблъскват един с друг, се неутрализират взаимно, в резултат на което отново се получават оригиналните неутрални молекули - този процес се нарича рекомбинация. При рекомбинация на електрон и положителен йон се отделя определена енергия, която е равна на енергията, изразходвана за йонизация.

След като действието на йонизатора спре, броят на йоните в газа става все по-малък с течение на времето и накрая практически намалява до нула. Това се обяснява с факта, че електроните и йоните участват в топлинно движение и следователно се сблъскват помежду си. В резултат на сблъсъка на електрон и положителен йон те се обединяват отново в неутрален атом. И когато положителните и отрицателните йони се сблъскат, последните от своя страна могат да дадат на положителния йон собствен излишен електрон и двата йона ще станат неутрални молекули.

От това следва, че проводимостта на парата е временно явление. След като спре йонизацията на газа, той ще престане да бъде проводим, докато течността винаги остава проводник на електрически ток.

Списък на използваната литература:

Вукалович М.П., Новиков И.И., Техническа термодинамика, 4 изд., М., 1968;
Зацепина Г.Н. Физични свойства и структура на водата. М., 1987
А.Н. Матвеев. Електричество и магнетизъм.
http://ru.wikipedia.org/wiki/
http://www.o8ode.ru/article/water/
http://provodu.kiev.ua/smelye-teorii/led

Описание на работата

Кой знае формулата на водата от ученическите дни? Разбира се, това е всичко. Вероятно от целия курс на химия мнозина, които след това не го изучават по специализиран начин, имат само знанията какво означава формулата H 2 O. Но сега ще се опитаме да разберем възможно най-подробно и задълбочено какви са основните му свойства и защо има живот без него.на планетата Земя е невъзможно.

Водата като вещество

Водната молекула, както знаем, се състои от един кислороден атом и два водородни атома. Формулата му е написана по следния начин: H 2 O. Това вещество може да има три състояния: твърдо - под формата на лед, газообразно - под формата на пара и течно - като вещество без цвят, вкус и мирис. Между другото, това е единственото вещество на планетата, което може да съществува и в трите състояния едновременно в естествени условия. Например: на полюсите на Земята има лед, в океаните има вода, а изпарението под слънчевите лъчи е пара. В този смисъл водата е аномална.

Водата също е най-разпространеното вещество на нашата планета. Той покрива повърхността на планетата Земя с почти седемдесет процента - това са океани, множество реки с езера и ледници. По-голямата част от водата на планетата е солена. Не е подходящ за пиене и за отглеждане. Прясната вода представлява само два процента и половина от общото количество вода на планетата.

Водата е много силен и висококачествен разтворител. Благодарение на това химичните реакции във водата протичат с огромна скорост. Същото това свойство влияе върху метаболизма в човешкото тяло. че тялото на възрастния човек се състои от седемдесет процента вода. При дете този процент е още по-висок. До напреднала възраст тази цифра пада от седемдесет на шестдесет процента. Между другото, тази характеристика на водата ясно показва, че тя е в основата на човешкия живот. Колкото повече вода има в тялото, толкова по-здраво, по-активно и по-младо е то. Ето защо учени и лекари от всички страни неуморно настояват, че трябва да пиете много. Това е вода в чист вид, а не заместители под формата на чай, кафе или други напитки.

Водата оформя климата на планетата и това не е преувеличение. Топлите океански течения нагряват цели континенти. Това се дължи на факта, че водата абсорбира много слънчева топлина и след това я освобождава, когато започне да се охлажда. Така регулира температурата на планетата. Много учени твърдят, че Земята отдавна щеше да е изстинала и да се е превърнала в камък, ако не беше наличието на толкова много вода на зелената планета.

Свойства на водата

Водата има много интересни свойства.

Например водата е най-подвижното вещество след въздуха. От училищния курс мнозина вероятно си спомнят такава концепция като водния цикъл в природата. Например: поток се изпарява под въздействието на пряка слънчева светлина и се превръща във водна пара. Освен това тази пара се пренася някъде от вятъра, събира се в облаци или дори в и пада в планините под формата на сняг, градушка или дъжд. Освен това потокът отново се спуска от планините, като частично се изпарява. И така – в кръг – цикълът се повтаря милиони пъти.

Водата също има много висок топлинен капацитет. Поради това водните тела, особено океаните, се охлаждат много бавно по време на прехода от топъл сезон или време на деня към студено. Обратно, с повишаване на температурата на въздуха водата се нагрява много бавно. Поради това, както бе споменато по-горе, водата стабилизира температурата на въздуха на цялата планета.

След живака водата има най-голямо повърхностно напрежение. Невъзможно е да не забележите, че капка, случайно разлята върху равна повърхност, понякога се превръща във впечатляващо петънце. Това показва вискозитета на водата. Друго свойство се появява, когато температурата падне до четири градуса. След като водата се охлади до тази точка, тя става по-лека. Следователно ледът винаги плува на повърхността на водата и се втвърдява в кора, покриваща реки и езера. Благодарение на това рибата не замръзва в резервоари, които замръзват през зимата.

Водата като проводник на електричество

Първо, трябва да научите какво е електрическа проводимост (включително вода). Електропроводимостта е способността на веществото да провежда електрически ток през себе си. Съответно електрическата проводимост на водата е способността на водата да провежда ток. Тази способност директно зависи от количеството соли и други примеси в течността. Например, електрическата проводимост на дестилираната вода е почти сведена до минимум поради факта, че такава вода се пречиства от различни добавки, които са толкова необходими за добра електрическа проводимост. Отличен проводник на течение е морската вода, където концентрацията на соли е много висока. Електропроводимостта зависи и от температурата на водата. Колкото по-висока е температурата, толкова по-голяма е електропроводимостта на водата. Този модел беше разкрит чрез множество експерименти на физици.

Измерване на проводимостта на водата

Има такъв термин - кондуктометрия. Това е името на един от методите за електрохимичен анализ, основан на електрическата проводимост на разтворите. Този метод се използва за определяне на концентрацията на соли или киселини в разтвори, както и за контрол на състава на някои индустриални разтвори. Водата има амфотерни свойства. Тоест, в зависимост от условията, той е способен да проявява както киселинни, така и основни свойства - действайки едновременно като киселина и като основа.

Устройството, използвано за този анализ, има много подобно име - кондуктометър. С помощта на кондуктометър се измерва електрическата проводимост на електролитите в анализирания разтвор. Може би си струва да поясним още един термин - електролит. Това е вещество, което при разтваряне или стопяване се разпада на йони, поради което впоследствие се провежда електрически ток. Йонът е електрически заредена частица. Всъщност кондуктометър, като се вземат за основа определени единици електрическа проводимост на водата, определя нейната специфична електрическа проводимост. Това означава, че определя електрическата проводимост на определен обем вода, взет като начална единица.

Още преди началото на седемдесетте години на миналия век за измерване на проводимостта на електричеството се използва мерната единица „mo“, която е производна на друга величина - ом, която е основната единица за съпротивление. Електрическата проводимост е величина, обратно пропорционална на съпротивлението. Сега се измерва в Siemens. Това количество получи името си в чест на физика от Германия - Вернер фон Сименс.

Siemens

Сименс (може да бъде означен като Cm или S) е реципрочната стойност на ом, която е мерна единица за електрическа проводимост. Един cm е равен на всеки проводник, чието съпротивление е 1 ом. Сименс се изразява чрез формулата:

1 cm = 1: Ohm = A: B = kg −1 m −2 s³A², където
A - ампер,
V - волт.

Топлопроводимост на водата

Сега нека поговорим за способността на веществото да пренася топлинна енергия. Същността на явлението е, че кинетичната енергия на атомите и молекулите, които определят температурата на дадено тяло или вещество, се предава на друго тяло или вещество по време на тяхното взаимодействие. С други думи, топлопроводимостта е топлообменът между тела, вещества, както и между тяло и вещество.

Топлопроводимостта на водата също е много висока. Хората използват това свойство на водата всеки ден, без да го забелязват. Например наливане на студена вода в съд и охлаждане на напитки или храна в него. Студената вода отнема топлина от бутилката или контейнера, като в замяна отдава студ; възможна е и обратна реакция.

Сега същото явление може лесно да си представим в планетарен мащаб. Океанът се загрява през лятото, а след това, с настъпването на студеното време, бавно се охлажда и отдава топлината си на въздуха, като по този начин затопля континентите. След като се охлади през зимата, океанът започва да се затопля много бавно в сравнение със сушата и отстъпва прохладата си на континентите, изнемогващи от лятното слънце.

Плътност на водата

По-горе беше описано, че рибите живеят в езеро през зимата поради факта, че водата се втвърдява в кора по цялата им повърхност. Знаем, че водата започва да се превръща в лед при температура нула градуса. Поради факта, че плътността на водата е по-голяма от нейната плътност, тя плава и замръзва на повърхността.

свойства на водата

Освен това при различни условия водата може да бъде както окислител, така и редуциращ агент. Тоест водата, отдавайки своите електрони, се зарежда положително и се окислява. Или придобива електрони и се зарежда отрицателно, което означава, че се възстановява. В първия случай водата се окислява и се нарича мъртва. Има много мощни бактерицидни свойства, но не е необходимо да го пиете. Във втория случай водата е жива. То ободрява, стимулира тялото да се възстанови и носи енергия на клетките. Разликата между тези две свойства на водата се изразява в термина "окислително-редукционен потенциал".

С какво може да реагира водата?

Водата е способна да реагира с почти всички вещества, които съществуват на Земята. Единственото нещо е, че за да се появят тези реакции, трябва да осигурите подходяща температура и микроклимат.

Например при стайна температура водата реагира добре с метали като натрий, калий, барий - те се наричат активни. С халогени - това е флуор, хлор. При нагряване водата реагира добре с желязо, магнезий, въглища и метан.

С помощта на различни катализатори водата реагира с амиди и естери на карбоксилни киселини. Катализаторът е вещество, което сякаш тласка компонентите към взаимна реакция, ускорявайки я.

Има ли вода някъде другаде освен Земята?

Досега не е открита вода на нито една планета в Слънчевата система, освен Земята. Да, те предполагат присъствието му на спътниците на такива гигантски планети като Юпитер, Сатурн, Нептун и Уран, но засега учените нямат точни данни. Има още една хипотеза, която все още не е напълно потвърдена, за подземните води на планетата Марс и на спътника на Земята Луната. По отношение на Марс, като цяло са представени редица теории, че някога на тази планета е имало океан, като неговият възможен модел дори е проектиран от учени.

Извън Слънчевата система има много големи и малки планети, където според учените може да има вода. Но засега няма и най-малката възможност да бъдем сигурни в това със сигурност.

Как топлинната и електрическата проводимост на водата се използва за практически цели

Поради факта, че водата има висок топлинен капацитет, тя се използва в отоплителните мрежи като охлаждаща течност. Осигурява пренос на топлина от производител към потребител. Много атомни електроцентрали също използват вода като отличен охладител.

В медицината ледът се използва за охлаждане, а парата - за дезинфекция. Ледът се използва и в системата за обществено хранене.

В много ядрени реактори водата се използва като модератор, за да се гарантира успешното протичане на ядрена верижна реакция.

Вода под налягане се използва за цепене, разбиване и дори рязане на скали. Това се използва активно при изграждането на тунели, подземни помещения, складове и метро.

Заключение

От статията следва, че водата по своите свойства и функции е най-незаменимата и удивителна субстанция на Земята. Животът на човек или друго живо същество на Земята зависи ли от водата? Абсолютно да. Това вещество допринася ли за човешката научна дейност? да Водата има ли електропроводимост, топлопроводимост и други полезни свойства? Отговорът също е „да“. Друго нещо е, че на Земята има все по-малко вода и особено чиста вода. И нашата задача е да го съхраним и защитим (и следователно всички нас) от изчезване.