Способ определения параметров электропереноса в концентрированных растворах электролитов Советский патент 1986 года по МПК G01N27/26 

-0,i

s

гаемый способ позволяет определить растворов , солтержащих несимметколичество молекул растворителя, ув- рические по заряду ипиы, и лекаемьгх ионом при движении, кинети- числа переноса ионов. 1 з.п. ческие числа гидратации ионов для ф-лы, 1 ил.

1264057

Изобретение относится к способу определения параметров электропереноса в концентрированных растворах электролитов„ Способ основан на пропускании электрического тока через растворы, находящиеся в трубке с дисперсным наполнителем. С целью расширения области применения и увеличения точности определения чисел переноса в растворах, содержащих несимметричные, по заряду ионы, скорость течения раствора электролита измеряют в трубке, свободной от дисперсного наполнителя в присутствии электрического тока при внешнем давлении, S удерживающем ионную границу неподвижной, а затем определяют параметры электронереноса по формулам. Предлад to О5 о ел ч

Изобретение относится к электрохимии и может быть использовано при изучении строения растворов электролитов и параметров электропереноса, таких как количество молекул растворителя j увлекаемых ионом при движении за счет вязкостного механизма, кинетических чисел гидратации ионов, истинных чисел переноса и подвижностей ионов в растворах электролитов, содержащих несимметричные по заряду ионы.

Цель изобретения - расширение об- .ласти применения путем определения количества молекул растворителя, увлекаемых ионом при движении, и повышение точности определения чисел переноса ионов в растворах электролитов, содержащих несимметричные по заряду ионы.

В растворах электролитов, содержащих несимметричные по заряду ионы, количество положительных и отрицательных частиц в несколько раз отличается, что приводит к возникновению преимущественного потока растворителя к одному из электродов в направлении движения тех частиц, которые в растворе больше, т.е. имеющих меньшую валентность. Это движение растворителя накладывается на перенос растворителя за счет кинетической гидратации ионов и в зависимости от направления потока либо усиливает, либо -уменьшает общий поток растворителя, содержащего несимметричйые по заряду ионы, в электрическом поле, обусловленном вязкостным механизмом увлечения молекул растворителя ионами по направлению движения тех ионов, которых в растворе больше. Это перемещение раствора связано со всеми явлениями электропереноса. Именно это новое свойство растворов электролитов, содержащих несимметричные по заряду ионы, и позволяет определить в этих растворах количество молекул воды, увлекаемых ионом при его движении, кинетическое число гидратации ионов и числа переноса ионов„

Способ осуществляется с помощью устройства, представленного на чертеже.. .

Устройство представляет собой Uобразную стеклянную трубку и содерг,

жит катодньй объем i, соединенньй с

вспомогательным электродным объемом

2, трубку с дисперсным наполнителем

4,заполненную кварцевым песком круп- костью 20 мкм, анодный измерительньм

капилляр 3, термостатируемую рубашку

5,Для измерения скорости движения раствора в измерительном капилляре и наблюдения за скоростью движения

ионной границы используются микроскопы 6. В трубку с дисперсным наполнителем и анодный измерительный капилляр заливают индикаторный электролит, а в катодный объем - исследуемый

электролито

Перед включением электрического тока граница растворов продавливается вниз давлением воздуха, подводимого„ к катодному объему При пропускании

постоянного электрического тока между растворами образуется ионная граница, перемещающаяся вверх по песчаному столбику под действием тока. С помощью сжатого воздуха, подаваемого в

катодный объем, создается противоток и останавливают движение ионной границы на конце дисперсного наполнителя.

Величина внешнего давления подобрана такой, чтобы удерживать ионную границу неподвижной на конце дисперсного наполнителя. Скорость раствора под действием приложенного внешнего давления и при пропускании постоянного электрического тока через раствор измеряют в трубке без наполнителя с помощью микроскопа и секундомера. За тем электрический ток выключают и снова измеряют скорость течения раствора в трубке без наполнителя. При этом величина внешнего давления поддерживается такой же, как и.при пропускании тока. В качестве примера определялось перемещение растворителя в растворе CoCl при С 3,5 г-моль/л. Пропускался электрический ток величиной 20 тА Прилагалось давление величиной 5930 Н/м , которое позволяло удерживать ионную границу между растворами СоСЦ- CdC.J, неподвижной. Измеренная при токе 20 тА и указанном давлении скорость раствора в трубке без дисперсного наполнителя составила 0,49 10 см/с. Поддерживая ту же мую величину давления при выключенном токе, получили скорость раствора равной 0,36-10 см/с. Для учета влияния различия температур в трубке при пропускании тока и без тока, а также правильности вне сения поправки на растворимый электрод и движение ионов при пропускании электрического тока использовался раствор КС1 4 н., содержащий симметричные по заряду ионы. Результаты опытов показали, что при одном и том же давлении скорости раствора при пропускании электрического тока и без тока в пределах ошибки опыта 4% не различаются. Измерения истинных скоростей движения ионов по скорости движения ионной границь на конце дисперсного наполнителя 4 дали значения 1 ,3-10 см/с дпя ионов кобальта в растворе CoCl при С 3,5 г-моль/л и 4-10 для ионов хлора. Получив величину скорости вязкостного увлечения раствора по направлению движения ионов хлора, рассчитывают количество молекул воды, увлекаемых ионом хлора при движении в электрическом поле: 0,13-10 2,4-55,5 П г .. L Ь , „ ,-.-t. ci 4-10- 3,5 Для числа переноса ионов кобальта получают: , (1,3+0,3.1) 10 965000-3.5-2-о,5-10 Т 20 Ю.Ю 0,27 Для получения кинетического числа гидратации иона кобальта необходимо знать общий преимущественньцЧ перенос растворителя в отсутствии внетнего давления при гидростатическом равновесии. Для раствора СоС 1- при С 3,5 г-моль/л измеренная экспериментально скорость преимущественного переноса растворителя по направлению движения ионов кобальта равна 0,002 х X 10 см/с. Суммируя эту скорость со скоростью встречного потока растворителя, обусловленного вязкостным увлечением ионами хлора, получают число гидратации иона кобальта h .(0,002+0,13) о 2,4 li л j Предлагаемый способ позволяет определить в растворах электролитов, содержащих нecILM eтpичныe ионы, количество молекул растворителя, увлекаемых ионом при движении, кинетические числа гидратации ионов и числа переноса ионов. Формула изобретения 1. Способ определения параметров электропереноса в концентрированных растворах электролитов путем пропускания электрического тока через раст- г воры, находящиеся в трубке с дисперсным наполнителем, удержания ионной границы неподвижной приложенным внешним давлением и определения истинной скорости движения ионов, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения путем определения количества молекул растворителя, увлекаемых ионом при движении, и увеличения точности определения чисел переноса ионов в растворах, содержащих несимметричные по заряду ионы, измеряют скорость течения раствора электролита в трубке, свободной от дисперсного заполнителя, затем в .отсутствии электрического тока вновь измеряют эту скорость при той же величине внешнего давления и коли- честв.о молекул растворителя п и числа переноса Т находят из следующих зависимостей: (v,-V ) Я-Г i - а f

tV, 4 (V V ) FC

I о с I

Т

количество молекул воды, де п увлекаемых ионом при движении;

У - скорость движения раствора при токе, см/с;

Уд - скорость движения раствора при выключенном токе, см/с;

V - скорость движения ионов,

см/с; « V - скорость растворителя в

трубке, свободной от наполнителя в отсутствии внешнего давления, см/с;

С - концентрация растворителя, г-моль H,jO/1000 см;

С -- концентрация раствора, . г-моль Н О/1000

1 - плотность тока,

F - постоянная Фарадея;

8д - сечение трубки без наполнителя;

S - сечение трубки с наполнителем;

C-J - валентность иона, 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения кинетических чисел гидратации ионов для растворов , содержапщх несимметричные по заряду ионы, дополнительноопределяют скорость течения растворителя в трубке, свободной от дисперсного наполнителя в отсутствии внешнего давления, а кинетическое число гидратации иона h определяют по формуле

±(У| -УС) БрСр.

h

V ±:8„С