Электропроводность растворов зависимость электропроводности от различных факторов

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 5 г. Челябинска»

Проектная работа

Электропроводность растворов зависимость электропроводности от различных факторов

Автор: Мымриков Никита

                                                                                            9 класс, МАОУ «СОШ №5

                                                                                           г.Челябинска»

Научный руководитель:

Межакова Наталья Александровна, учитель химии

Челябинск,2020 г.

Введение. 3

Раздел I. Теоретическая часть. 4

1.1 Общие сведения о растворах. 4

1.1.1 История электрохимии. 4

1.1.2 Электролиты.. 4

1.1.3 Электролитическая диссоциация. 5

    1.1.4 Электропроводящие растворы.. 5

1.2 Факторы, влияющие на электропроводность растворов. 5

        1.2.1 Температура. 6

        1.2.2 Концентрация. 6

        1.2.3 Природа ионов электролита. 6

Раздел II. Практическая часть. 10

2.1 Создание прибора, для измерения электропроводности растворов. 10

2.2 Апробирование самодельного прибора и доказательство гипотезы.. 10

Заключение.

Список литературы..

Приложения к работе.

Введение

Мой проект рассматривает один из разделов химии – электрохимию. В этот раздел входят такие темы как - электролиз, гальванические элементы, химические источники тока и электрохимическая коррозия. В них изучается взаимосвязь химических реакций и электрических явлений. Сюда также относят учение о свойствах растворов электролитов и механизмы протекания электрохимических реакций.

В моём проекте, я описал, что на данный момент известно в электрохимии про электролитическую диссоциацию, электроотрицательность и т.п., а самое главное понятно и интересно девятикласснику.

К сожалению, в курсе девятого классе электрохимию подробно не изучают. Но при углублённом изучении этого раздела науки, оказывается, что электрохимия хоть и не простая, но интересная.

Выбирая эту тему для проекта, мною не ставилась цель сделать открытие в области электрохимии. Я хотел узнать о электропроводности различных растворов и изучить факторы, влияющие на их электропроводность в ходе работы над проектом.

Раздел I. Теоретическая часть
1.1 Общие сведения о растворах
1.1.1 История электрохимии

Растворы – это состоящая из двух или более веществ однородная масса или смесь, в которой одно вещество выступает в качестве растворителя, а другое – в качестве растворяемых частиц.

Существует две теории трактовки происхождения растворов: химическая, основоположником которой является Менделеев Д. И., и физическая, предложенная немецким и швейцарским физиками Оствальдом и Аррениусом. Согласно трактовке Менделеева, компоненты растворителя и растворяемого веществ становятся участниками химической реакции с образованием неустойчивых соединений этих самых компонентов или частиц. Физическая же теория отрицает химическое взаимодействие между молекулами растворяющего и растворяемого веществ, объясняя процесс образования растворов как равномерное распределение частиц (молекул, ионов) растворителя между частицами растворяемой субстанции вследствие физического явления, именуемого диффузией.

Первые представления о принципах взаимосвязи электрических и химических явлений относятся к концу XVIII – началу XIX в. Итальянский физик Вольта, один из основоположников учения об электричестве, в 1793-1801 г. предложил разместить металлы в электрохимический ряд напряжений. К этому его побудило наблюдение итальянского врача Гальвани, который обнаружил появление кратковременного электрического тока в мышцах лягушки в тот момент, когда лапка лягушки, подвешенная на медной проволоке, касалась железной сетки. С помощью изобретённого Вольта удобного источника электроэнергии шведскому химику Берцилиусу удалось электрически разложить водные растворы солей, а английскому химико-физику Дэви – расплавы солей. Изучение таких электрохимических процессов привело к предположению о том, что в реакциях, протекающих в растворах и расплавах, принимают участие электрически заряженные частицы.

Английский физик Фарадей, ассистент и ученик Дэви, в 1833 г. открыл зависимость между количеством вещества, выделяющимся при электрохимической реакции, и затраченным на этот процесс количеством электричества. В 1834 г. Фарадей ввел в науку такие понятия, как анод, катод, подвижность заряженных частиц, электролиз, электролиты, электроды. Однако лишь в конце XIX в. благодаря работам шведского физико-химика Аррениуса удалось выявить закономерность в поведении заряженных частиц в растворах и расплавах солей. При исследовании растворов солей было установлено, что вещества в растворе ведут себя так, как если бы они образовали большое число частиц, чем это соответствует их концентрации. Такое явление Аррениус объяснил образованием в растворе солей в виде более мелких, чем молекулы, положительно и отрицательно заряженных частиц – ионов (теория электролитической диссоциации)

1.1.2 Электролиты

Электролиты – это вещества, которые подвергаются электролитической диссоциации, и вследствие чего их растворы или расплавы проводят электрический ток.

Также существует ещё одно определение.

Электролиты – вещества, водные растворы (или расплавы) которых содержат подвижные ионы и вследствие этого проводят электрический ток.

Конечно же, первое определение не полное, так как после его прочтения

сразу возникает вопрос, а какие вещества подвергаются электролитической диссоциации. Второе лучше. Но мне все же кажется, вместе они дополняют друг друга и помогают лучше понять, что же такое электролиты.

К электролитам относятся все соли, а также кислотные, основные и амфотерные гидроксиды.

Растворы электролитов являются проводниками второго рода – их проводимость обусловлена движением ионов.

Проводниками называют тела, через которые электрические заряды могут переходить от заряженного тела к незаряженному.

К проводникам первого рода относятся проводники, у которых проводимость обусловлена движением электронов.

Наиболее распространенным и широко применяемым растворителем является вода. Кроме неё, но только в меньших масштабах используют жидкий аммиак, а также этанол, ацетон, сероуглерод, бензол и др.

1.1.3 Электролитическая диссоциация

Электролитическая диссоциация – это распад вещества в расплаве или растворе на свободные составляющие их ионы.

Процесс присоединения молекул воды к «чужим» частицам называется гидратированием и является определяющей стадией их растворения.

В зависимости от растворяющегося вещества в безводном состоянии его диссоциация протекает по-разному. Так, кристалл соли с ионной структурой, например, хлорид кальция KCl, попадая в воду, испытывает притяжение к поверхностным ионам полярной молекулы воды, но если ионы притягивают к себе молекулы воды, то последние с такой же силой притягивают к себе ионы растворившейся соли.

Одновременно притянутые молекулы воды испытывают толчки со стороны других молекул, находящихся в движении. Этих толчков вместе с тепловыми колебаниями ионов в кристалле оказывается достаточно для отделения ионов от кристалла и перехода их в раствор.

1.1.4 Электропроводящие растворы

Хорошими проводниками электрического тока, помимо металлов, являются расплавленные соли и основания. Способностью проводить ток обладают также водные растворы оснований и солей. Безводные кислоты — очень плохие проводники, но водные растворы кислот хорошо проводят ток. Растворы кислот, оснований и солей в других жидкостях в большинстве случаев тока не проводят, но и осмотическое давление таких растворов оказывается нормальным. Точно так же не проводят тока водные растворы сахара, спирта, глицерина и другие растворы с нормальным осмотическим давлением.

1.2 Факторы, влияющие на электропроводность растворов

Факторы, влияющие на электропроводность растворов.

Существует три фактора, влияющие на удельную электропроводность растворов:

1.температура

2.концентрация

3.природа электролита (т.е. его степень электролитической диссоциации)

1.2.1 Температура

А) При повышении температуры вязкость раствора уменьшается, а подвижность ионов увеличивается.

Б) Температура влияет на степень диссоциации. С увеличением температуры увеличивается степень диссоциации, что ведет к возрастанию концентрации ионов, но эта зависимость не однозначна.

1.2.2 Концентрация

Влияние концентрации раствора электролита на его электропроводность обуславливается тем, что имеющаяся около каждого иона ионная атмосфера несет заряд, противоположный иону, движется в противоположном направлении и тормозит движение иона.

В сильноразбавленных растворах концентрация ионов мала, и их движению ничего не препятствует. Для предельно разбавленных растворов Кольрауш сформулировал следующий закон (закон независимого движения Кольрауша): в бесконечно разбавленном растворе ионы движутся независимо друг от друга.

Казалось бы, молярная электропроводность рассчитывается уже с учетом концентрации и не должна от нее зависеть. Но с ростом концентрации электролита молярная электропроводность будет зависеть и от степени диссоциации (в основном для слабых электролитов) и от электрического взаимодействия между ионами (в основном для сильных электролитов).

1.2.3 Природа ионов электролита

Чем больше заряд иона и чем больше скорость его перемещения, тем большее количество электричества он перенесёт, тем выше электропроводность раствора. Электропроводность металлов в миллион раз больше электропроводности растворов.