Радиальная разность потенциалов, возникающая во вращающемся электролите Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 16, 2010. -\-

ТЕПЛОФИЗИКА

УДК 544.638

М.Г. Вердиев, М.К. Гусейнов, Н.К. Абасов

РАДИАЛЬНАЯ РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ, ВОЗНИКАЮЩАЯ ВО ВРАЩАЮЩЕМСЯ ЭЛЕКТРОЛИТЕ.

Представлены результаты исследований радиальной разности потенциалов, возникающей во вращающихся между коаксиальными графитовыми электродами водных растворах солей (NaCl, KCl). Установлено, что зависимость радиальной разности потенциалов от концентрации растворенной соли в области невысоких концентраций линейная. Предложен новый метод исследования жидких растворов электролитов.

Ключевые слова: потенциалы течения и седиментации, растворы электролитов.

Введение

Известно, что для исследования электрокинетических свойств высокодисперсных систем, электролитов, а также при рассмотрении адсорбции, адгезии и других важных процессов широко используют дзета - потенциал, который, отражая свойства двойного электрического слоя, характеризует природу фаз и межфазного взаимодействия. Также известно, что большое теоретическое и практическое значение имеют потенциалы течения и седиментации, несмотря на недостаточное еще техническое их применение [1, 2]. Эти потенциалы описываются с помощью уравнений Гельмгольца - Смолуховского. Однако уравнения Гельмгольца - Смолуховского не приемлемы для расчета радиальной разности потенциалов, возникающей во вращающихся растворах электролитов.

До настоящего времени явление возникновения радиальной разности потенциалов в растворах электролитов при их вращательном движении достаточно не изучено.

В связи с этим в данной работе была поставлена задача о проведении исследований радиальной разности потенциалов, возникающей во вращающихся водных растворах солей хлорида натрия (NaCl) и хлорида калия (KCl). Экспериментальная часть

Для выполнения измерений была собрана ячейка (рис. 1.), включающая: 1) стеклянный сосуд с коаксиальными цилиндрическими графитовыми электродами; 2) раствор; 3) винт; 4) вал - привод; 5) электродвигатель; 6) регистрирующий прибор.

Методика выполнения измерений заключалась в следующем. Ячейку с электродами промывали дистиллированной водой. После в ячейку заливали раствор с заданной концентрацией ионов. Затем включали двигатель постоянного тока, для вращения раствора. Частоту вращения в ходе экспериментов варьировали от 2 до 3 оборотов в секунду путем регулирования тока питания двигателя. Измерения разности потенциалов между электродами проводили после установившегося вращательного движения раствора (через время порядка 10 секунд после включения двигателя). Результаты и обсуждение

При вращательном движении водных растворов солей NaCl и KCl между коаксиальными электродами возникает радиальная разность потенциалов Д <рг.

На рисунке 2 приведены зависимости А<рг от концентрации NaCl и KCl в

дистиллированной воде при частоте вращения раствора 3 об/с.

Как видно из рисунка 2, с увеличением концентрации солей NaCl, KCl в растворе А<рТ возрастает. При высоких концентрациях рост А<рТ замедляется и достигает

максимального значения.

Рис.1.Схематический разрез ячейки. 1 - внешний электрод; 2 - электролит; 3 - винт; 4 - вал-привод; 5 - электродвигатель; 6 - внутренний электрод; 7 - регистрирующий прибор.

Простейшую математическую модель для объяснения явления возникновения радиальной разности потенциалов можно построить исходя из условия равенства сил центробежного и электрического полей, действующих на ионы раствора. Возникающая в зоне между электродами А <рг будет, очевидно, возрастать до тех пор, пока сила

электрического поля не скомпенсирует силу центробежного поля; при этом установится стационарное состояние с постоянной Д <рг :

Г = Г

ц =;

(1)

Умножая обе части равенства на перемещение еЕг и разделив на заряд q получим:

где ДЛ;. - разность относительных атомных масс растворенного вещества; со = 2тгд угловая скорость вращения раствора; Я - радиус внешнего электрода ячейки;

После интегрирования, используя формулу: Лт = 1Яатп/М, где Лт - число ионов, и

учитывая, что разность потенциалов пропорциональна концентрации ионов в растворе

получим:

где \'а - число Авогадро; т —масса растворенного вещества; Дс. - радиус внутреннего электрода; М — молярная масса растворенного вещества. Выражение (3) для различных растворов можно представить в виде:

где С = - величина, постоянная для данного раствора; - коэффициент, зависящий от природы раствора.

Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 16, 2010.

-\-

Графики зависимости &<рг от концентрации солей NaCl, KCl в растворе, построенные

на основе формулы (4) приведены на рисунке 2. В области невысоких концентраций расчетные значения достаточно хорошо согласуются с экспериментальными

результатами. Из формулы (3) вытекает, что &<рг находится в прямой зависимости от

величины ДЛ;.. Следовательно, А<рг, возникающая в водном растворе NaCl должна быть

больше, чем в растворе KCl. Это подтверждается экспериментом (см. рис. 2.).

0.6

0.5

0.4

QQ

0.2 0.1 0 О

0 50 100 150 200 250 300 350

0 Концентрация NaCl KCl г/л

Рис. 2. Экспериментальные и расчетные зависимости радиальной разности потенциалов Д<р,. от концентрации хлоридов натрия и калия в дистиллированной воде: 1 - расчетный

график зависимости Д срг от концентрации хлорида натрия, 2 - расчетный график

зависимости А<рТ от концентрации хлорида калия.

Заключение

Установленная зависимость радиальной разности потенциалов Д <рг от концентрации

раствора можно положить в основу приборов для экспресс - анализа растворов электролитов [3].

Проведенные исследования показали, что Д<р,, также зависит от таких факторов как

температура, магнитное и электрическое поля. По величине изменения А<рт можно судить

о механизме воздействия внешних факторов на ионы и молекулы растворов.

На основании выполненных исследований можно сделать вывод о перспективности применения предложенного авторами метода не только для экспресс - анализа растворов электролитов, но и для изучения процессов, происходящих в жидких растворах электролитов при воздействии различных внешних факторов. Это представляет значительный интерес для создания количественной теории жидких растворов.

Библиографический список

1. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии, Л. 1984 г., 367 с.

2. Глинка Н.Л. Общая химия, М., 2000 г., 728 с.

3. Исмаилов Т.А., Вердиев М.Г., Гусейнов М.К. «Способ определения концентрации ионов в жидких растворах электролитов»// патент от 10. 12. 2009 г.

M.G. Verdiev, M.K. Gusejnov N.K. Abasov

The radial potential difference arising in the rotating electrolyte.

Results of the researches of the radial potential difference arising in water solutions rotating between coaxial graphite electrodes of salts (NaCl, KCl) are presented. It is established that dependence of a radial potential difference on concentration of the dissolved salt in the field of low concentration the linear. The new method of research of liquid solutions of electrolits is offered.

Keywords: current and subsidence potentials, solutions of electrolits

Вердиев Микаил Гаджимагомедович (р. 1941) заведующий кафедрой физики Дагестанского государственного технического университета, доктор технических наук (1988), профессор, заслуженный изобретатель РФ. Окончил Дагестанский государственный университет (1966).

Область научных интересов: физика полупроводников и растворов Автор более 300 научных трудов.

Гусейнов Марат Керимханович (р. 1977) старший преподаватель кафедры физики Дагестанского государственного технического университета, кандидат физико-математических наук (2004). Окончил Дагестанский государственный университет (2000) Область научных интересов: физика полупроводников и растворов Автор более 20 научных трудов.

Абасов Насир Камилович (р. 1983) аспирант кафедры физики Дагестанского государственного технического университета, окончил Дагестанский государгственный технический университет (2005)

Область научных интересов: физика полупроводников и растворов