Емпиричні залежності електричної провідності розчинів електролітів від концентрації і температури

doi:10.26565/2220-637X-2021-36-07

Павло Єфімов Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, хімічний факультет, пл. Свободи, 4, Харків, 61022, Україна https://orcid.org/0000-0003-1781-3844
Андрій Крамаренко Національний технічний університет «Харківський політехнічний iнститут», Кирпичова, 2, Харків, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-5479-7532
Віктор Томак Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, хімічний факультет, пл. Свободи, 4, Харків, 61022, Україна https://orcid.org/0000-0002-6151-4369

DOI: https://doi.org/10.26565/2220-637X-2021-36-07

Ключові слова: питома електрична провідність, молярна електрична провідність, розчини електролітів, сульфати двовалентних металів, емпіричне рівняння

Анотація

Розглянуто концентраційні (у молярній шкалі) та температурні залежності питомої κ і молярної Λ електричної провідності (ЕП) водних розчинів сульфатів двовалентних металів (Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Cd) у широкому інтервалі концентрацій, при температурі 5 – 35°C. Запропоновано ряд емпіричних рівнянь для досліджуваних залежностей. Модифіковане кубічне рівняння (МКР): κ = C∙c³^k + Q∙c²^k + L∙c^k, де C, Q, L, k емпіричні параметри. Аналогічне рівняння із фіксованим параметром k = 0.5. Проаналізовано кореляцію розрахованих параметрів. Зроблено припущення щодо достатності двох параметрів. Розрахований максимум питомої ЕП κ_m і відповідна концентрація c_m. Зроблено припущення, що у нормованих координатах, κ/κ_m від c/c_m, досліджувані системи ізоморфні. Проаналізовано залежності виду κ = A∙c^x + B∙c^y для узагальненої вибірки. Показано, що за достатнього наближення x = 1. Розглянуті емпіричні залежності з y = 5/4 та y = 4/3. Показано, що вони дають зіставні результати з МКР. Запропонований підхід протестований на даних ЕП водних розчинів низки солей. Розглянуто аналогічні двопараметричні κ(κ_m, c_m; c) рівняння інших авторів. Проаналізовано також температурну залежність функцій від κ_m и c_m. Запропонована залежність питомої ЕП від температури і концентрації κ = (A₂₅ + a∙θ)∙c – (B₂₅ + b∙θ)∙c^5/4, де θ – нормована температура, а A₂₅, a, B₂₅, b емпіричні параметри. Запропоновано узагальнене рівняння молярної ЕП концентрованих розчинів електролітів: Λ(Λ_*, Λ_m, c_m; c), де Λ_* ефективна гранична молярна ЕП, а Λ_m молярна ЕП при c = c_m. Виявлено, що Λ_* и Λ_m лінійно залежать від температури. Знайдено, що середнє значення показника ступеня близьке до 1/3, що зближує узагальнене рівняння молярної ЕП з квазірешітковою моделлю розчинів електролітів.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

Montes-Campos, H.; Kondrat, S.; Rilo, E.; Cabeza, O.; Varela, L. M. Random-Alloy Model for the Conductivity of Ionic Liquid–Solvent Mixtures. J. Phys. Chem. 2020, 124, 11754-11759. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c00531

Odinaev S., Akdodov D. M., Idibegzoda Kh. I. Numerically Calculating the Concentration and Temperature Dependences of the Electrical Conductivity of Aqueous Electrolyte Solutions. Russian Journal of Physical Chemistry, 2019, 93(6), 1171-1177. https://doi.org/10.1134/S0036024419060232

Casteel J.F., Amis E.S. Specific Conductance of Concentrated Solutions of Magnesium Salts in Water-Ethanol System. J. Chem. Eng. Data 1972, 17(1), 55-59. https://doi.org/10.1021/je60052a029

Rogac M.B. Electrical Conductivity of Concentrated Aqueous Solutions of Divalent Metal Sulfates. J. Chem. Eng. Data 2008, 53, 1355-1359. https://doi.org/10.1021/je8001255

Isono T. Density, Viscosity, and Electrolytic Conductivity of Concentrated Aqueous Electrolyte Solutions at Several Temperatures. Alkaline-Earth Chlorides, LaCl3, Na2SO4, NaNO3, NaBr, KNO3, KBr and Cd(NO3)2 J. Chem. Eng. Data 1984, 29(1), 45-52. https://doi.org/10.1021/je00035a016

De Diego, A.; Madariaga, J. M.; Chapela, E. Empirical model of general application to fit (k, c, T) experimental data from concentrated aqueous electrolyte solutions. Electrochim. Acta 1997, 42, 1449-1456.

Varela L.M., Carrete J., García M., Gallego L.J., Turmine M., Rilo E., Cabeza O. Pseudolattice Theory of Charge Transport in Ionic Solutions: Corresponding States Law for the Electric Conductivity. Fluid Phase Equilibria, 2010, 298, 280-286. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2010.08.013

Gamburg Yu. D. Specific Conductivity of Electrolyte Solutions as a Function of Concentration. Russian Journal of Electrochemistry, 2015, 51(4), 380. https://doi.org/10.1134/S1023193515040047

Shestakov A. F., Yudina A. V., Tulibaeva G. Z., Khatmullina K. G., Dorofeeva T. V., Yarmolenko O. V. Empirical Formula for the Concentration Dependence of the Conductivity of Organic Electrolytes for Lithium Power Sources in the Vicinity of a Maximum. Russian Journal of Electrochemistry, 2014, 50(11), 1027-1035. https://doi.org/10.1134/S102319351411010X

Artemkina Y.M., Sherbakov V.V. Description of the Concentration Dependence of the Electrical Conductivity of Aqueous Solutions of Strong Electrolytes. Advances in chemistry and chemical technology, 2011, 25(2) 22-26. [Rus]

Benouar A., Kameche M., Bouhlala M. A. Molar Conductivities of Concentrated Lithium Chloride–Glycerol Solutions at Low and High Temperatures: Application of a Quasi-Lattice Model. Physics and Chemistry of Liquids, 2016, 54(1), 62-73. https://doi.org/10.1080/00319104.2015.1068660