CC BY
3
УДК 541.133
ЗАВИСИМОСТЬ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СЛАБЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ ИЛИ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ГИДРОЛИЗУ,
ОТ ИХ КОНЦЕНТРАЦИИ
1 "2 Ю. П. Перелыгин , С. В. Кабанов
1 2
, Пензенский государственный университет, Пенза, Россия
[email protected] [email protected]
Аннотация. В настоящее время известно несколько уравнений, которые устанавливают математическую зависимость эквивалентной электропроводности раствора (X) от температуры и от концентрации соли сильного электролита в растворе. Однако, в настоящее время отсутствуют сведения о математической зависимости эквивалентной электропроводности растворов слабых электролитов и солей, подвергающихся гидролизу, что и послужило целью данной работы. Математическая обработка имеющихся литературных данных эквивалентной электропроводности (X) при различной концентрации (с) растворов слабых электролитов (гидроксид аммония и уксусная кислота) и растворов солей, подверженных гидролизу (ацетат натрия и хлорид аммония), позволила установить, что на данной зависимости имеются два прямолинейных участка. На примере известных литературных данных по эквивалентной электропроводности раствора гидрокси-да аммония, уксусной кислоты, хлорида аммония и ацетата натрия получены уравнения зависимости эквивалентной электропроводности растворов от концентрации с коэффициентом корреляции уравнений 0,96-0,99.
Ключевые слова: эквивалентная электропроводность раствора, слабый электролит, гидролиз, концентрация
Для цитирования: Перелыгин Ю. П., Кабанов С. В. Зависимость эквивалентной электропроводности водных растворов слабых электролитов или растворов солей, подверженных гидролизу, от их концентрации // Вестник Пензенского государственного университета. 2024. № 1. С. 76-81.
Введение
Ранее [1, 2] показана возможность применения эмпирического уравнения зависимости эквивалентной электропроводности (X) раствора сильных электролитов от концентрации ее соли (с, г-экв/м3) следующего вида:
1 1 с
■ + ■
X Х0 Х0а
где Х0 - предельная эквивалентная электропроводность (Ом-1 • г-экв-1 • м2); а - константа, которая зависит от вида растворителя, растворенного вещества и температуры.
Из данного уравнения следует, что должна соблюдаться линейная зависимость между 1/Х и с. При этом на оси у при концентрации растворенного вещества, равной нулю, отрезок равен 1/Х0, а тангенс угла наклона прямой равен 1/(Х0 а), что позволяет определить Х0 и а.
Возможность применения данного уравнения для растворов слабых электролитов и растворов солей, подвергающихся гидролизу, представляет определенный теоретический и практический интерес.
© Перелыгин Ю. П., Кабанов С. В., 2024
Экспериментальная часть
В табл. 1 приведены значения эквивалентной электропроводности (X) от концентрации (с от 0,1 до 5 г-экв/м3) для раствора гидроксида аммония (температура 18 °С), которые заимствованы из [3].
Таблица 1
Значения эквивалентной электропроводности (!) от концентрации раствора (с) гидроксида аммония
с 0,1 0,5 1 5
X 0,0066 0,0038 0,0028 0,00132
1/Х 151,5 263,15 357,1 757,6
с 10 50 100 500 1000 5000
X 0,00096 0,00046 0,00033 0,000135 0,000089 0,00002
1/Х 1041,7 2174 3030 7407 11236 50000
Математическая обработка этих данных методом наименьших квадратов позволила установить, что в данном интервале концентраций зависимость 1/Х от с линейна (рис. 1) и описывается уравнением
1/Х = 115,055 с + 192,5.
Рис. 1. Зависимость 1/Х раствора гидроксида аммония от концентрации в интервале от 0,1 до 5 г-экв/ м3
При более высокой концентрации раствора данная зависимость также линейна (рис. 2) и описывается уравнением следующего вида:
1/Х = 9,6574 с + 1761,8.
Таким образом, из приведенных данных следует, что зависимость 1/Х от концентрации для раствора гидроксида аммония состоит из двух линейных участков, тогда как для растворов сильных электролитов эта зависимость линейна во всем интервале концентраций [1, 2].
Рис. 2. Зависимость 1/Х раствора гидроксида аммония от концентрации в интервале от 10 до 5000 г-экв/ м3
Аналогичные вычисления, проведенные для раствора уксусной кислоты по данным [3] (табл. 2), также позволили установить, что зависимость 1/Х от с состоит из двух линейных участков. Первый участок описывается уравнением
1/Х = 59,735 с + 147,1,
а второй участок уравнением
1/Х = 6,935 с + 1227,32.
Таблица 2
Значения эквивалентной электропроводности (X) от концентрации раствора (с) уксусной кислоты
с 0,1 0,5 1 5 10
X 0,0107 0,0057 0,0041 0,002 0,00143
1/Х 93,46 175,44 243,9 500 714,3
с 50 100 500 1000 5000
X 0,000648 0,00046 0,000201 0,000132 0,0000285
1/Х 1543,21 2174 4975 7575,76 35988
В табл. 3 приведены значения эквивалентной электропроводности раствора ацетата натрия, в котором протекает реакция гидролиза.
Таблица 3
Значения эквивалентной электропроводности (X) от концентрации раствора (с) ацетата натрия
с 0,5 1 5 10
X 0,00758 0,00752 0,00724 0,00702
1/Х 131,93 132,98 138,12 142,45
с 50 100 500 1000
X 0,00642 0,00611 0,00494 0,00412
1/Х 155,76 163,67 202,43 242,72
Аналогичные вычисления, проведенные для раствора ацетата натрия по данным [3] (см. табл. 3), также позволили установить, что зависимость 1А, от с состоит из двух линейных участков (рис. 3, 4).
Рис. 3. Зависимость 1А, раствора ацетата натрия от концентрации в интервале от 0,5 до 10 г-экв/ м3
Рис. 4. Зависимость 1А, раствора ацетата натрия от концентрации в интервале от 50 до 1000 г-экв/ м3
Первая прямая (см. рис. 3) описывается уравнением
1А, = 1,0462 с + 131,93,
а вторая (см. рис. 4) уравнением
1А, = 0,0905 с + 153,8.
В табл. 4 [3] приведены значения эквивалентной электропроводности раствора хлорида аммония, в котором также протекает реакция гидролиза.
Таблица 4
Значения эквивалентной электропроводности (X) от концентрации раствора (с) хлорида аммония
с 0,5 1 5 10
1 0,01281 0,01273 0,01242 0,01221
Ш 78,06 78,55 80,51 81,9
с 50 100 500 1000
1 0,01152 0,01107 0,01014 0,00970
Ш 86,8 90,33 98,62 103,09
Математическая обработка приведенных данных методом наименьших квадратов позволила установить, что зависимость 1А, от с состоит из двух линейных участков. Первый участок при концентрации от 0,5 до 10 г-экв/ м3 описывается уравнением
1А, = 0,3993 с + 78,11, а второй участок от 50 до 1000 г-экв/ м3 уравнением
1А, = 0,0163 с + 87,97.
Таким образом, из приведенных данных следует, что зависимость 1А, от концентрации с для растворов ацетата натрия и хлорида аммония, т.е. солей, подверженных гидролизу, состоит из двух линейных участков, тогда как для растворов сильных электролитов эта зависимость линейна во всем интервале концентраций [1, 2].
Коэффициент корреляции приведенных выше уравнений находится в интервале от 0,96 до 0,99, что свидетельствует о достаточно высокой их точности и возможности использования на практике.
Заключение
Обработка имеющихся литературных данных по эквивалентной электропроводности слабых электролитов (гидроксид аммония и уксусная кислота) и растворов солей, подверженных гидролизу (ацетат натрия и хлорид аммония), подтверждает, что зависимость имеет два участка, каждый из которых достаточно хорошо (коэффициент корреляции 0,96-0,99) описывается уравнением следующего вида:
— = а + В с,
где а и в - константы, которые зависят от вида растворителя, растворенного вещества и температуры.
Необходимо отметить, что при малых концентрациях рассмотренных веществ зависимость 1А, от концентрации с более значительная, чем при высоких концентрациях.
Физико-химический смысл констант а и в требует теоретического обоснования, что будет рассмотрено в последующих работах.
Список литературы
1. Перелыгин Ю. П. О влиянии концентрации соли на эквивалентную электропроводность ее водного раствора // Вестник Пензенского государственного университета. 2022. № 1. С. 83-86.
2. Перелыгин Ю. П., Кольчугина И. Г. Эмпирическое уравнение зависимости эквивалентной электропроводности водного раствора соли от концентрации // Вестник Пензенского государственного университета. 2022. № 2. С. 46-49.
3. Добош Д. Электрохимические константы. Справочник для электрохимиков. М. : Мир, 1980. 365 с.
Информация об авторах
Перелыгин Юрий Петрович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Химия», Пензенский государственный университет.
Кабанов Станислав Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Химия», Пензенский государственный университет.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
