Научная статья на тему 'Электропроводность, характеристики носителей тока, диэлектрическая проницаемость и структура растворов электролитов. II. Эффективная масса носителей тока и плазменные колебания '

Электропроводность, характеристики носителей тока, диэлектрическая проницаемость и структура растворов электролитов. II. Эффективная масса носителей тока и плазменные колебания Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
385
40
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Область наук

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Фенин А. А., Фенин С. А., Ермаков В. И.

На примере растворов KCl в воде показана связь электропроводности и диэлектрической проницаемости с их структурой. С учетом представлений физики твердого тела обсуждается природа носителей тока в растворах электролитов. Сделан вывод о возможности плазменных колебаний в системе их водородных связей, что приводит к эффекту предельной высокочастотной электропроводности в растворителях с водородными связями и в растворах электролитов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Фенин А. А., Фенин С. А., Ермаков В. И.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Conductivity, characteristics of carriers of a current, dielectric constant and structure of electrolytic solutions. II. Effective mass of carriers of a current and plasma fluctuations

On an example of solutions KCl in water the connection conductivity and dielectric constant with their structure is shown. In view of representations of physics of solids the nature of carriers of a current in electrolytic solutions is discussed. The conclusion about an opportunity (possibility) of plasma fluctuations in system of their hydrogen bonds is made, that results in effect limiting high-frequency conductivity in the solvents with hydrogen bonds and in electrolytic solutions.

Текст научной работы на тему «Электропроводность, характеристики носителей тока, диэлектрическая проницаемость и структура растворов электролитов. II. Эффективная масса носителей тока и плазменные колебания »

Электропроводность, характеристики носителей тока, диэлектрическая проницаемость и структура растворов

электролитов. II. Эффективная масса носителей тока и плазменные

колебания

Фенин А.А. (fmkfenin@rctu.ru), Фенин С.А., Ермаков В.И.

Российский Химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Введение

В работе [1] нами рассмотрен метод определения электрических характеристик растворов электролитов с использованием бесконтактных измерительных ячеек и способ расчета искомых электропроводности (ЭП) и диэлектрической проницаемости (ДП) путем выделения составляющих импеданса измерительной ячейки с исследуемым раствором. Приведены результаты измерения ЭП водных растворов KCl в интервале концентраций 10-5 - 10-3 м/л и при температурах 18-29оС, которые сопоставлены со справочными данными, выполнен методологический анализ проведенных измерений. В настоящей работе рассматривается физико-химическая сторона обсуждаемого вопроса и анализируется возможность плазменных колебаний в растворах электролитов.

Физико-химический аспект. Перестройки структуры в растворах электролитов при изменении их концентрации

Рассмотрим зависимость удельной ЭП исследованных растворов от их концентрации и температуры [1, табл.3]. Как следует из рис.1, построенного по данным этой таблицы, удельная ЭП водных растворов KCl в интервале концентраций 110-5 - 110-3 м/л изменяется практически линейно с коэффициентами корреляции 0.99991 для t = 18oC и 0.999888 для t = 29oC. Отсюда следует два существенных вывода.

1.5 10

"4

1.125 10

"4

k0, n 75 10

-5

-5

3.75 10

Рис.1. Зависимость удельной ЭП водных растворов KCl от их концентрации в интервале 1.10-5 -110-3 м/л при t = 18oC удельная ЭП раствора х здесь обозначена буквой k

0.001

0

o

n

Во-первых, мы не видим в области малых концентраций KCl мешающего влияния углекислого газа, присутствующего в использованной нами в качестве растворителя однократно дистиллированной воде. В противном случае мы не наблюдали бы изменения удельной ЭП раствора при уменьшении концентрации электролита или заметили бы выход на горизонтальную асимптоту - " выполаживание " кривой k - c при малых концентрациях (по-видимому, это начинает обнаруживаться при c < 110-5 м/л).

Во-вторых, расчет эквивалентной ЭП и построение соответствующих графиков в координатах закона Кольрауша показывает, что этот закон не выполняется. Впрочем, он плохо вы-

полняется для того же раствора KCl и в случае, если воспользоваться данными справочника [2], рис.2. Экстраполяция "прямых" построенных по этим данным, к нулевой концен-

трации на графиках Б и В дает близкие значения 129.9 и 128.1 ом-1.г-экв-1.см2. Что же касается графика А, то интересно, что практически к тому же результату А = 127.2 ом-1.г-экв-1.см2 приводит экстраполяция данных по эквивалентной ЭП к нулевой концентрации, если это делать не в координатах уравнения Кольрауша, т.е. Ас - л/с , а в координатах А1о - 1/c1'5, рис.3.

А

В

600

400

200

0 0.01 0.02 0.03 0.04 / \ 0.5

130

127.5

125

122.5

120

Х18

0 0.025 0.05 0.075 0.1 / \ 0.5

130

120

110

100

90

0 0.25 0.5 0.75 / \ 0.5

Б

n

m

m

0

o

o

o

n

m

m

Рис.2. Характер изменения эквивалентной электропроводности водных растворов KCl; t = 18oC. А - по данным авторов, Б и В - согласно справочным данным [2] для интервалов концентраций соответственно 0.0005 - 0.01 и 0.01 - 1 м/л

0, n

600

400

200

Рис.3. Зависимость эквивалентной ЭП от корня степени -3/2 из концентрации раствора KCl в воде

Взаимное совпадение значений Ас и А10 свидетельствует по нашему мнению о корректности выполненных нами бесконтактных измерений [1], что 4107 позволяет перейти к дальнейшему анализу полученных данных.

Рассмотрим эволюцию изменений удельной ЭП в зависимости от температуры (табл.3, [1]), что графически представлено на рис.4. Из этого рисунка следует, что в области пониженных температур, в интервале примерно 18 - 24оС, ход всех пяти кривых происходит практически параллельно одна другой, а в интервале 24 - 30оС эта параллельность нарушается и тем сильнее, чем ниже концентрация раствора.

777 1 10 2 10 3 10

—■- к '

-ки- h-H"" —1-

*- КI" K-M"" __1-

5

3

4

5 2

Рис. 4. Изменение ЭП водных растворов KCl с температурой и концентрацией по данным авторов: 1 - 110-5, 3 - 110-4, 4 - 510-4 м/л.

-5

2 - 510 , 5 - 110

-3

Для удобства рассмотрения и сопоставления данных кривых друг с другом их ординаты изменены введением коэффициентов 0.55, 1, 4, 6 и 8 соответственно для кривых 1 - 5

9 -10

4

8 -10

k

k , "6 п щ

m . 1 7-10

k „ '4 m . 2

k

6 -10

k , '0.55 m . 4

5 -10

1

4 -10

18

20

22

24

26

28

30

m

Таким образом, при температура 24оС по-видимому происходит перестройка структуры раствора. В этой связи представляется целесообразным проанализировать имеющиеся в справочном материале данные по температурным зависимостям электропроводности растворов KCl и плотности воды. Так на рисунке 5 приведены кривые удельной ЭП, построенные по данным [2]. Они аналогичны нашим кривым, рис.4, хотя в явном виде на них (рис.5) и не видно сингулярностей, которые можно было бы истолковать как результат структурных перестроек.

0.15

k1

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

k2

k3

t2

k4

t4

2.7-10 5 dk1 ,

n1 "5 _2.610

0.1

0.05

Рис.5. Зависимость удельной ЭП водных растворов KCl при t = 18оС по данным [2]. Концентрации растворов снизу вверх: 0.01, 0.02, 0.1, 1.0 м/л

20

, t2 , t3 , t4

2

N

N

1

1

1 1

5.6 -10 5.4 -10

5.2 -10

dk2

n2

5 -10

0 5.5 11 16.522 27.5 33 n1

"4.8 -10 4.6 -10

4 . 4 - 1 0

3 -10

2.78 -10

dk3

2.56 -10

2.12 -10

0 7 14 21 28 35 n2

1 . 9 - 1 0

4

,"4

"4

"4

n32.34 10~4

,"4

"4

0.00235

0.00208

dk4

n4

0.00181

0 7 14 21 28 35 n3

0. 00 1 54

6.5 13 19.5 26 n4

Рис.6. Зависимость от температуры производной (приращений) удельной ЭП водных растворов KCl по температуре; концентрация растворов: 1 - 0.01, 2 - 0.02, 3 - 0.1, 4 - 1.0 м/л (согласно данным, рис.5)

Однако если взять производные удельной ЭП по температуре или, что все равно, соответствующие приращения х между соседними точками, то обнаруживается обилие сингулярно-стей, количество которых уменьшается с ростом концентрации электролита, рис.6. По-видимому, это связано с тем, что структурные перестройки происходят собственно в растворителе- воде. С ростом концентрации KCl структура воды все более разрушается и число ее структурных модификаций соответственно уменьшается. В "чистом" виде это обнаруживается на аналогичных зависимостях плотности воды от температуры. При этом снова интегральные кривые, как в области средних (0-55оС), рис.7А, так и, тем более, в области повышенных температур (55-100оС), рис.7Б, не обнаруживают структурных перестроек. В то же время дифференциальные кривые для области температур 0-5 5оС, рис.7В, показывают почти непрерывные структурные переходы с резким структурным скачком при 36-38оС (нормальная температура тела человека 37оС !), а в области температур 55-100оС , рис.7Г, эти перестройки не наблюдаются.

Структурные перестройки отражаются и на диэлектрической проницаемости, рис.8. Здесь мы видим, что при малых концентрациях хлорида калия (с = 1.10-5 м/л, рис.8 А,1) в интервале температур 24-27оС диэлектрическая проницаемость не меняется. Можно представить, что интервал 24-27 °C является одним из "островков" устойчивости структуры раствора. С ростом

t1

t3

0

t1

1

3

5

5

2.8-10 5

5

5

5

2.510 5

5

2 . 41 0 5

5

0

концентрации электролита структурные перестройки под влиянием температуры становится все менее заметными, и при концентрации 1.10-3 м/л мы наблюдаем практически линейный спад ДП с ростом температуры.

А Б

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 t1

012345678 У2

p2

У2

Рис.7. Зависимость плотности воды от температуры А - 0-55оС и Б -55-100оС, а также ее производной по температуре (В и Г); в целях удобства обработки этих данных интервал 55-100оС на диаграммах Б, В и Г разбит на восемь равных отрезков

Общую картину зависимости ДП от температуры и концентрации KCl можно видеть на рис.8 Б. Обращает на себя внимание тот факт, что при концентрациях электролита, не превышающих 1.10-4 м/л, его влияние на ДП раствора очень мало, и все три кривые (1-3) сливаются. Однако при дальнейшем росте концентрации KCl, с переходом в следующий порядок (с = 5.10-4 м/л), диэлектрическая проницаемость начинает заметно уменьшаться. При концентрации

А Б

m, 0

18 20 22 24 26 28 30

m, 4

18 20 22 24 26 28 30

t

e 80

Рис.8. Изменение ДП (на графиках ДП обозначена "e ") водных растворов KCl с температурой и концентрацией: 1 - 1' 10-5, 2 - 5'10-5, 3 - 1'10-4, 4 - 5'10-4, 5 - 1'10-3 м/л. А) Кривые для растворов с концентрациями 1 и 5. Б) Семейство кривых для растворов всех исследованных концентраций 1 ^ 5

100

1

2

3

60

4

t

m

40

5

20

15

20

25

m

же 1.10" , что является примерной границей перехода от классической теории растворов электролитов Дебая, Гюккеля, Онзагера [3], наблюдается линейный спад ДП с ростом температуры (рис.8А,Б.5).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Конечно, возникает законный вопрос, не вызвано ли столь значительное снижение (табл.3 [1]; рис. 8, кривая 5) величины ДП с ростом температуры и концентрации раствора методическими причинами и примененными нами в работе [1] способами калибровки ячейки? Однозначно решить этот вопрос можно было бы сопоставлением с литературным материалом. Однако достоверные справочные данные такого рода в литературе отсутствуют. Что же касается весьма авторитетного справочника [4], то имеющиеся в нем сведения (с.269) о диэлектрической проницаемости водных растворов KCl для рассматриваемой области концентраций вызывают сомнения. Оригинальные работы, на которые ссылается автор [4], относятся к периоду 1927 - 1939 г. г., когда измерения такого рода производились без учета соотношения токов проводимости и токов смещения. Но именно этот вопрос является кардинальным и, как выше отмечено, не имеющим удовлетворительного решения и до настоящего времени. С учетом этих замечаний и принимая во внимание удовлетворительное согласие наших и справочных значений удельной ЭП исследованных растворов, мы будем акцентировать внимание при дальнейшем анализе не столько на конкретных значениях искомых величин % и s, сколько на тенденциях и закономерностях их изменений. Так температурная зависимостьДП при различных концентрациях электролита оказывается не столь простой, как это представлено на рис.8

Во-первых, концентрационные изотермы представляют собой не прямолинейные, а криволинейные (выпуклые) функции. Интересно, что последние спрямляются, если по оси абсцисс откладывать концентрацию не в первой (рис.9А), а во второй степени (рис.9В), причем эти прямые характеризуется достаточно высокими значениями коэффициентов корреляции: Koorr = 0.99987 (18.5оС), 0.99976 (19оС), 0.99984 (19.5оС), 0.99986 (20оС), 0.99990 (20.5оС), 0.99991 (21оС), 0.99988 (21.5оС), 0.99991 (22оС), 0.99980 (22.5оС), 0.99995 (23оС), 0.99993 (24оС), 0.99978 (27оС) , 0.99974 (29оС). Во-вторых, указанная прямолинейность исчезает, если рассматривать лишь область малых концентраций, рис.9, где обнаруживается уже не выпуклость, а минимум, рис.12 (18.5оС). При возрастании температуры этот минимум постепенно исчезает. Данный процесс количественно также может быть охарактеризован коэф-

A

100

80

0, n 60

18.5

29

0.001

12,n 40

к-хх

20

0

\ ^

/

18.5

29

5 10

Г 7

1 .10

"6

81

80.5

0, p

80

79.5

79

20

79

78.5

9, p

~9 ~8

0 5 10 1 10

78

-9 "8 77.5 0 5 10 1 10

23

"9 "8

0 5 10 1 10

75

29

"9 ~8

0 5 10 1 10

Рис9. Зависимость диэлектрической проницаемости водных растворов Kd от

B

c

n

2

o

n

2

2

2

2

o

o

p

o

o

p

p

p

концентрации в первой степени (А), во второй степени (В) и от температуры; последняя указана сбоку кривых А,В и сверху четырех графиков нижнего ряда

фициентом корреляции к прямой линии, так сказать, разбросом экспериментальных точек

относительно ниспападающих прямых, как на рис.8. Значения Ксшт для температур 18.5, 21, 20, 22, 23, 24, 27, 29оС таковы: 0.22794, 0.66462, 0.65949, 0.73393, 0.84305, 0.8773, 0.97615, 0.99694. Отсюда следует, что с ростом температуры "чувствительность" ДП к изменениям структуры быстро снижается. В то же время ЭП раствора, как мы видели, "замечает" структурные переходы по крайней мере до температур порядка 50оС.

Плазменные колебания в растворах электролитов

Рассмотренные выше корреляции электрических свойств растворов электролитов с их структурой дает основание для установления между ними более глубоких функциональных связей. В этой связи обратим внимание на нетрадиционный подход к пониманию механизма ЭП, отмеченный во введении, и воспользуемся представлениями физики полупроводников [5,6], согласно которым удельная ЭП:

х =

2 * e • n •т

m

(1)

где е - заряд электрона, п - число носителей тока (электронов или дырок) в 1 см3, т* и т* - их эффективные время релаксации и масса.

В работах [7-9] показано, что концентрация носителей тока в растворах электролитов на два-четыре порядка меньше, чем концентрация ионов электролита. С учетом этого замечания можно величину п в (1) заменить произведением ксКА, т.е. записать

n = kcNA, (2)

где k = 10-4, с - концентрация электролита (м/л) и NA - число Авогадро. Сочетая (1) и (2) и решая полученое уравнение относительно времени релаксации, находим

т=m -2а , (3)

e2 kNA

где tga = x/c - тангенс угла наклона зависимости удельной ЭП раствора от его концентрации. Согласно данным табл.3 значения tga для температур 18.5 и 29оС соответственно равны 126.5 и 156.7 с-1 см3. Подставим в уравнение (3) среднее этих значений (141.6 с-1 см3) и примем k = 10-4 (ур.2), т. е. нижнему пределу отношения концентрации носителей тока к концентрации ионов электролита. Будем также считать, что эффективная масса носителей тока в водных растворах KCl m*=0.01m [8,10] (m - масса электрона). В результате получаем т* = 0.930 10-28 с. Не останавливаясь на физической стороне очень малого значения т*, рассмотрим этот вопрос с другой стороны.

*

В числе основных составляющих величины т физика полупроводников рассматривает вклад процесса рассеяния носителей тока на тепловых колебаниях решетки [6, с.275]:

т , _ 9 -п M -ю 2 -h1 4 L (4)

4-^2 Q-G2 -me1'5 -Kb -T ^ёё

где М - масса атома, ю - скорость продольной звуковой волны, Ы = Ы2п - постоянная Планка, Ь - нормирующий множитель ([Ь] = [длина, 1 см], вводимый для удовлетворения требованиям размерности: [т] = [с-1]. й - объем элементарной ячейки, О - константа взаимодействия элек-

тронов с фононами, те - масса электрона, КЬ - константа Больцмана, Т - абсолютная температура, ее - эффективная диэлектрическая проницаемость. Последняя включает в себя показатель преломления р и ея - статическую ДП раствора:

-1 -2 -1 ее = р + ея .

(5)

Для расчетов согласно (4) сделаем следующие допущения. Будем считать, что атомами, образующими решетку, в которой распространяется звуковая волна, являются протоны, т.е. М

24

= 1.67 10 г. Предположим далее, что величина ю численно равна частоте, отвечающей звуковой волне, и эта частота соответствует температуре 25оС, т.е.

Т : = ( 273 -1- 25) -К

V = КЬА

ю = 2лу.

(6)

Заметим также, что величина т в ур. (4) будет отвечать размерности времени, если константа

5/4 2 -5/2

электрон-фононных взаимодействий [О] = [г см с ] . И, наконец, будем считать, что объем элементарной ячейки й = 4/3.пр3 определяется диаметром молекулы воды, т.е. р ~ 3.10-8 см. При учете указанных допущений оказывается, что согласно (4) т = 0.91610-28 с.

Столь поразительное совпадение результатов расчета согласно уравнениям (3)и (4), т.е. т* = т (!). дает нам основание, во-первых, считать, что вероятность электрон-фононных

(О = 1, а размерность этой величины

электрон-

фононных взаимодействий О является центральной и наиболее сложной задачей при изучении рассеяния носителей тока в твердых полупроводниках на тепловых колебаниях решетки [6, с.275]. Во-вторых, исходя из тех же соображений, можно выполнить аналогичные оценки и в отношении диэлектрической проницаемости. Так, исходя из равенства т* = т, подставляя в это равенство выражения (3), (4) и решая полученное уравнение относительно ДП, получаем:

взаимодействий в растворах весьма велика

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

5/4 2 -5/2

действительно [г см с ]). При этом заметим, что нахождение константы

а = п

где

2 >

X

2 >

X

(7)

х=4..

Ыш2 Н1

2 ил 4

т

472 ОО2т3/2кБТ Заменяя "п" согласно (2), находим:

(8)

(кеНА )2

X

а

„2

( Х кЫА л 2 X

(9)

В этом выражении tg(P) = е/с2 характеризует тангенс угла наклона прямых, рис.9В, среднее значение которого для интервала температур 18.5-29оС равно 5.551013см6. Учитывая, что X определяется выражением (8) и решая (9) относительно ю получаем:

5

=>

2

п

2

а

(

ю = 2п

tg (ß)x m * 4 V2QG2 m3/2 K Б T kN 4 e 29M /2п

\ 0.5

где к = 10-4.

При выполнении расчетов в этом и во всех других ранее указанных уравнениях необходимо учитывать следующие размерности: ^(а}] = [с-1см3], ^(Р)] = [см6], [%] = [с-1], [т*,т,М] =[г], [О] = [г5/4см2с-5/2], [Кб] = [гсм2с-2К-1], [е] = [см1-5г0 5с-1], [h] = [гсм2с-1], [Т] = [К], [Ь] = [см-1].

Кроме того, в знаменателе (10) должна стоять величина Ь. Однако она опущена, поскольку ее значение принято равным единице.

При к = 10-4, tg(P) = 5.551013, т* = 0.01т, р = 3.10-8 (примерный радиус молекулы воды), Т = 297 ^ = 24оС, как среднее для температур 18'5-29°С) и М = 1.6710-24 (масса протона)

получаем для растворов КС1 и концентраций 0.00001, следующие значения:

0.00005, 0.0001, 0.0005, 0.001 м/л

ю = 1.205-10*, 7.651 1^, 1.998.1010, 2.1041011, 5.8811011 рад/с.

11

11

(11)

Чтобы понять физический смысл этих значений обратимся к теории гармонических колебаний, точнее к вопросу электрических колебаний в плазме [11, с.502: 12,с.133-146]. Эти колебания вызываются силами электрического поля. Эти колебания возникают в среде при каком-либо случайном отклонении пространственного распределения электронов от равновесного. Круговая частота этих колебаний, называемая плазменной или ленгмюровской, описывается уравнением [12, с.134; 13, с.262]:

юр = e

— ms

(12)

Полагая, как и раньше, что концентрация носителей тока на четыре порядка меньше

концентрации электролита (k = 1.10-4), концентрация раствора KCl c = 0.00001, 0.00005,

0.0001, 0.0005, 0.001 м/л ,. п = 10-4сКА см-3 и в = 78.5 - 24.4 ([1],табл.3, 24оС), находим

Юp = 9.172 1 09, 2.051 10'10, 2.9'101и, 6.471'101и, 8.935'101и рад/с.

10

10

10

(13)

Несмотря на различный концентрационный ход величин ю и юр, рис.10а между ними обнаруживается замечательная связь, рис.9б, характеризующаяся высоким значением коэффициента корреляции 0.99998. Интересно также, что в предположении, что вогнутая кривая "ю - концентрация раствора" (на рисунке 10а, - сп) при дальнейшем росте концентрации раствора окажется 8-образной кривой, то началу выполаживания в верхней части этой кривой будет отвечать концентрация 3.6.10-3 м/л, которой соответствует частота ш = 1.665'1016 с-1 (при расчетах в MathCad эта частота обозначена Бр1):

а б

6 -10 5 -10

F 4 -10 n

3 -10

ю -5 n

-Н-+2 10 1 -10

г

+

-•К/

у

J—1—

0'01

0.02 \ 0'5

0'03

0.04

-4 -4 -4 -4

0 2 -10 4 -10 6 -10 8 -10 0.001

F

n

n

0

n

c

n

Рис.10. Зависимости частоты продольных звуковых колебаний Fn (вогнутая кривая, - в тексте ю) и частоты плазменных колебаний юп (прямая линия, - в тексте юр) в водных растворах KCl при 24оС от корня квадратного из концентрации (а) и взаимная корреляция этих частот (б)

cnn:=(cn)L5 Fpl:=interp(lspline(cn,F),cn,F,0.02351'5) Fpl = 1.6651016 sec"1 0.02351'5 = 0.0036 • (14)

А это есть частота плазменных колебаний в металлах [12, с.135]. Такие колебания могу существовать, если диэлектрическая проницаемость обращается в нуль [12, с. 142]. Возможно, что отмеченное нами выше значительное снижение ДП в правом нижнем углу таблицы 3 [1] происходит вследствие этой особенности плазменных колебаний в растворах электролитов.

Другой особенностью плазменных колебаний является то обстоятельство, что при этом вся электронная структура кристалла осциллирует в фазе. Поскольку в нашем случае мы имеем дело не с кристаллом, а с жидкостью, имеющей пространственную сетку водородных связей, то естественно предположить, что и в водных растворах электролитов электроны, образующие наряду с протонами эту сетку, также могут совершать синфазные плазменные колебания. Конечно, порог возникновения таких колебаний должен зависеть от температуры, концентрации растворенного электролита, его природы и температуры. Вполне возможно также, что именно этим и обусловлено существование так называемой предельной высокочастотной (ПВЧ) электропроводности (ЭП) жидкостей и растворов с водородными связями [14-16; 17, с.168]. Эффект ПВЧ ЭП означает, что индивидуальный растворитель уже изначально имеет электропроводность, превышающую таковую в растворах электролитов и в том числе в растворах кислот и щелочей, и что ПВЧ обусловлена именно плазменными колебаниями, существующими в жидкостях, ассоциированных благодаря водородным связям.

Резюме

Рассмотрена зависимость удельной ЭП растворов KCl в интервале концентраций !0-5 -10-3 м/л и температурах 18-29оС. Показана связь электрических свойств растворов электролитов (электропроводности и диэлектрической проницаемости) с их структурой. На основе представлений физики твердого тела обсуждается природа носителей тока в растворах электролитов. Сделан вывод о возможности плазменных колебаний в системе их водородных связей. Обосновано предположение о том, что именно плазменными колебаниями обусловлен эффект предельной высокочастотной электропроводности в растворителях с водородными связями и в растворах электролитов.

Литература

1.Фенин А. А., Фенин С. А., Ермаков В.И. Электропроводность, характеристики носителей тока, диэлектрическая проницаемость и структура растворов электролитов. I. Измерение электропроводности и диэлектрической проницаемости методом выделения составляющих импеданса.

2.Справочник химика. Т.3. с.664. Химия. М.-Л. - 1964. 1005 с.

3. Измайлов Н.А. Электрохимия растворов.. Изд-во Харьковского Ордена Тр. кр.знамени гос. Ун-та им. А.М. Горького. Харьков.-1959. 958 с.

4.Ахадов Я.Ю. Диэлектрические свойства чистых жидкостей. с. 52,59. Изд-во стандартов. М.- 1972. 412 с.

5. Киреев П.С. Физика полупроводников.. Высшая школа. М.-1975. 584 с.

6. Стильбанс Л.С. Физика полупроводников.. Советское радио. М.-1967. 451 с.

7. Lafarque-Kantzer D. Effekt magnetoelectrique des solutions d'acides mineraux. Electrochim. Acta. 1965. V.10. P. 585-603.

8. Чембай В.М. Влияние температуры, концентрации и состава растворов электролитов на их электрические свойства. Дисс.канд.хим.н' МХТИ им. Д.И. Менделеева. М.-1988.163 с.

9. Ермаков В.И., Чембай В.М. Электропроводность многокомпонентных растворов электролитов. РХТУ им. Д.И. Менделеева. М.-1995. 47 с.

10. Фенин С. А. Электропроводность и характеристики носителей тока в бинарных водных растворах №С1+КС1, KC1+MgC12, MgC12+BaC12 и водно-органических растворах №С1. Дисс. канд. хим. н. РХТУ им. Д.И. Менделеева. М.-2003.

11. Капцов Н'А. Электрические явления в газах и вакууме. Гос. изд-во техн.-теорет. лит. М.-Л.-1950. 836 с.

12. Слэтер Дж. Диэлектрики и полупроводники. Мир. М.-1969. 647 с.

13. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. Наука. М.-1985. 512 с.

14. Щербаков В.В., Ермаков В.И. Комплексная и предельная высокочастотная электропроводность коцентрированных растворов электролитов. Ж. Физ. Химии. 1977. Т.51, №7, 17841787 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

15. Щербаков В.В., Ермаков В.И. Высокочастотная проводимость растворов электроли-тови диэлектриков. Электрохимия. 1977. Т.13. №7, 1091-1092 с.

16. Щербаков В.В. Закономерности в электропроводности и диэлектрических характеристиках двухкомпонентных и трехкомпонентных растворов неорганических электролитов. Дисс. докт. хим. н. МХТИ им. Д.И. Менделеева. М.-1992. 440 с.

17. Ермаков В.И. Диэлектрическая радиоспектроскопия. В кн. Экспериментальные методы химии растворов. Наука. М.-1995. 380 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.