Способ Трошина для определения скорости электропереноса ионов в концентрированном растворе электролита Советский патент 1991 года по МПК G01N27/26 

Изобретение относится к физике, физической химии и электрохимии и может быть использовано при изучении механизма движения иона в постоянном электрическом поле во всех агрегатных состояниях, т.к. возникновение физических эффектов, приводящих к движению всей среды, содержащей ионы, обусловлено движением ионов под действием постоянного электрического поля. В практике полученная зависимость движения ионов и среды может быть использована во всех электрохимических производствах, в частности при выборе оптимальных режимов и управления электрохимическим производством.

Целью изобретения является увеличение информативности способа путем увеличения точности определения скорости движения иона.

На чертеже приведена схема устройст- ва для его осуществления.

Устройство представляет собой об- р аэную стеклянную трубку и содержит катодный объем 1, соединенный со вспомогательным объемом 2, часть трубки с дисперсным наполнителем 3, заполненную кварцевым песком крупностью 20 мкм, часть трубки без заполнителя в виде анодного измерительного капилляра 4, термо- статируемую рубашку 5. Для измерения скорости движения раствора в измерительном капилляре и наблюдения за скоростью движения ионной и концентрационной границы используются микроскопы б и секундомеры.

При определении знака скоростей движения раствора V Д| ,V дv ,V следует придерживаться следующего правила. Направление постоянного электрического тока связано с направлением движения катионов и, следовательно, с направлением движения катионной границы. Поэтому, если направление скоростей движения раствора совпадает с направлением постоянного электрического тока A i -V Д v -V п имеют положительное значение.

В соответствии с этим, если направление движения концентрационнной границы совпадает с направлением тока, V Д| имеют положительное значение и подвижность сатионов больше, чем подвижность анионов. Направление скорости движения раствора V д у измеряется в эксперименте при данном направлении электрического тока. Совпадение этих направлений свидетельствует о положительном значении N/Ду.

Направление вязкостного движения раствора Vffetff содержащего несимметричные по заряду ионы совпадает с направлением движения ионов, которые в растворе больше. Следовательно, если раствор содержит катионы с меньшим зарядом чем анионы/го по количеству катионов больше и раствор перемещается по направлению электрического тока. Это правило подтверждается и экспериментально. Общая схема эксперимента включает приведение в контакт двух разных растворов электролитов LICI и CoCfe. причем раствор CoCl2 состоит из приведенных в контакт растворов концентрациями 7 и. и 1 н., что,дает кроме, градиента концен0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

трации растворов CoCIa еще и получить разную цветную окраску этих растворов. При пропускании электрического тока образовывается катионная граница между катионами лития, имеющими большую подвижность, чем катионы кобальта. При про- давливании растворов вначале в песчаный заполнитель попадают растворы CoClz концентрации 1н. и 7н, что позволяет при выключенном давлении воздуха определить скорость концентрационной границы раствора V Д i. В общем случае, когда величина подвижностей ионов неизвестна, можно по направлению движения концентрационной границы и направлению электрического тока определить, какой сорт ионов имеет большую подвижность.

Затем при включении давления воздуха и пропускании электрического тока растворы в песчаном заполнителе располагают следующим образом. Катионная граница между растворами LiCI - CoCl2 находится на конце песчаного столбика, а весь песчаный столбик заполняют раствором СоС|2 С- 7н. Такое расположение раствора при выключенном давлении воздуха позволяет определить скорость катионной границы VE.

Затем снова включают давление воздуха и опускают катионную границу до сечения, при котором гидродинамические сопротивления по обе стороны от границы равны. При выключенном давлении воздуха измеряют скорость течения раствора в трубке, свободной от песчаного заполнителя V Ду. С помощью электрического тока и воздушного давления, по-разному влияющими на направление движения катионной границы, границу между LICI С 7н. и CoCJ2 С 7н. устанавливают неподвижной на верхний край песчаного столбика. И тогда при токе и без него при одном и том же давлении воздуха определяют в трубке, свободной от песчаного за- полнителя, скорость вязкостного увлечения раствора

Пример. Для образования катионной границы и измерения ее скорости приводят в контакт два разных раствора электролитов, образующих между собой видимую границу, в данном случае 7 н. раствор LiCI и 7 н. раствор CoCla. По направлению электрического тока - движение катионов - образуется катионная граница между более быстрыми катионами лития и катионами кобальта. Измерение истинных скоростей движения ионов VE по скорости движения катионной границы на конце дисперсного наполнителя имеет значение 1,3 см/с при электрическом токе 20 тА.

При образовании и измерении скорости концентрационной границы используется цветной электролит CoCte разной концентрации 1н. - 7н. Изменение концентрации данного раствора электролита приводит к значительному изменению окраски раствора, что позволяет наблюдать за концентрационной границей. Движение концентрационной границы в случае растворов СоС1а /Д| происходит против направления электрического тока со скоростью 0,36 10 3 см/с при электрическом токе, равном 20 тА.

Для определения скорости раствора CoCIa - УДу, обусловленной объемными градиентами в растворе, измеряют скорость раствора при прохождении ионной границы через сечение трубки с дисперсным наполнителем, по обе стороны от которого гидродинамические сопротивления равны. В этом случае скорости растворов такие же, как и без дисперсного наполнителя, и поэтому эта измеряемая скорость не зависит от величины гидродинамического сопротивления. Расстояние от верхнего конца песчаного столбика до этого сечения получается равным 6 см, а скорость раствора CoCl2, измеренная в трубке без песчаного заполнителя, при прохождении катионной границей этого сечения получается равной 0,3-103 см/с.

Определение скорости вязкостного увлечения раствора ионами V nVn c°CTOHT из подбора внешнего давления, при котором ионная граница удерживается неподвижной. При этом определяется скорость течения раствора в трубке без песчаного заполнителя 4. При токе 20 тА скорость вязкостного увлечения раствора CoCte ионами составляет 0,31 -10 3.

Тогда общая скорость движения ионов кобальта как под действием электрического поля, так и в составе всего раствора CoCte равна:

Vco2+ VE±VAi±VAv±VnVrr

(1,.36-10 V 0,3 -10 3- -0,31 ) 0,93-10 см/с .

Очевидно, что полученные для катионов значения скоростей движения раствора CoCl2 можно использовать и для анионов, только с обратным знаком.

С помощью приведенной формулы получают информацию о скоростях движения иона в различных случаях в зависимости от направления постоянного электрического

тока и выбирают оптимальный вариант. Также получают информацию о скоростях движения иона как под действием тока, так и в составе среды, содержащей эти ионы, что важно при изучении механизма

движения ионов. Таким образом, в настоящее время управляют процессами движения ионов.

Формула изобретения

Способ для определения скорости электропереноса ионов в концентрированном растворе электролита, включающий пропускание постоянного электрического тока через приведение в контакт растворов измерение скорости движения ионной границы, удержание ионной границы на конце трубки с дисперсным наполнителем, приложенным внешним давлением, измерение скорости течения раствора в трубке, свободной от дисперсного наполнителя, отличающийся тем, что, с целью увеличения информативности способа путем увеличения точности измерений скорости иона, дополнительно измеряют скорость перемещения концентрационной границы и скорость течения раствора в трубке, свободной от дисперсного наполнителя при прохождении ионной границы через сечение трубки, по обе стороны от которого гидродинамические сопротивления протеканию растворов равны, определяют скорость вязкостного увлечения раствора ионами в растворах электролитов, содержащих несимметричные по заряду ионы, а скорость движения

иона определяют по формуле

Vi VE±VA,±VAv±VnVn где VE - скорость движения иона только под действием постоянного электрического тока, см/с;

УД|, - скорость концентрационной границы растворов электролитов, обусловленная зарядовым градиентом в растворе электролита, см/с;

УДу скорость движения раствора, обусловленная объемным градиентом в растворе электролита, см/с;

V nVrf скорость вязкостного увлечения раствора ионами в сторону движения тех ионов, которых в растворе больше, см/с.

Изобретение относится к физике, физической химии и электрохимии и может быть использовано при изучении механизма движения иона в постоянном электрическом поле во всех агрегатных состояниях, т.к. возникновение физических эффектов, приводящих к движению всей среды, содержащей ионы, обусловлено движением ионов под действием постоянного электрического поля. В практике полученная зависимость движения ионов и среды может быть использована во всех электрохимических производствах, в частности при выборе оптимальных режимов и управления электрохимическим производством. Целью изобретения является увеличение информативности способа путем увеличения точности определения скорости движения иона. Указанная цель достигается тем, что пропускают электрический ток через приведенные в контакт растворы, измеряют скорость движения ионной границы - V_E, удерживают ионную границу на конце трубки с дисперсным наполнителем приложенным внешним давлением, измеряют скорость течения раствора в трубке, свободной от дисперсного наполнителя. Новым является то, дополнительно измеряют скорость перемещения концентрационной границы и скорость течения раствора в трубке, свободной от дисперсного наполнителя при прохождении ионной границы через сечение трубки, по обе стороны от которого гидродинамические сопротивления протеканию растворов равны, определяют скорость вязкостного увлечения раствора ионами, а искомую величину находят из формулы V^I = V_е±V @ _I±V @ _V±V_N⁺≠_N^-, причем значение скорости вязкостного течения продолжительное, когда направление электрического тока совпадает с направлением движения тех ионов, которых в растворе больше и наоборот. 1 ил.