Зависимость кинетики роста капли амальгамы аммония от концентрации ионов аммония в растворе Текст научной статьи по специальности «Математика»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 235 1973

ЗАВИСИМОСТЬ КИНЕТИКИ РОСТА КАПЛИ АМАЛЬГАМЫ АММОНИЯ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ ИОНОВ АММОНИЯ

В РАСТВОРЕ

А. В. КОНЬКОВА

Концентрация ионов аммония в растворе (Ст£ является одним из факторов, оказывающих на эффект амальгамы аммония (ЭАА)1) наиболее сильное влияние, так как от величины Смн^ зависит кинетика роста капли амальгамы аммония, т. е. средняя рабочая поверхность, а, следовательно, и высота пика определяемой примеси.

Общее количество разрядившихся ионов аммония за данное время т пропорционально концентрации (точнее активности) ионов аммония в растворе:

Ж н + , (1)

где М —общее количество разрядившихся ионов аммония за время т электролиза;

Ка^ коэффициент пропорциональности; / и Сш^ — коэффициент активности и концентрация ионов аммония.

Учитывая, что в образовании амальгамы аммония участвует только часть т = аМ от общего количества М разрядившихся радикалов аммония и выражая т через радиус капли амальгамы аммония, получим

4 ъР

т =--(г3 - г30), (2)

3-1,5 ИТ Х о; ^

где Р — давление газа в пузырьке газа, атм\ Т — температура в градусах Кельвина; — универсальная газовая постоянная;

г и /"о—-радиус капли амальгамы соответственно в момент времени электролиза т и т = 0.

И далее:

\ - ^-= КА^'/СшТ- (О)

1,о ИТ

(а — доля радикалов аммония, участвующих в образовании амальгамы аммония, от общего числа разрядившихся радикалов). Выразим и.з уравнения (3) величину г3.

г3 = гЗ + Лс/-С*ш-г, (4)

Сущность ЭАА изложена в предыдущих работах [1—31.

3. Заказ 1700.

гд:

Ас

ЗКА а. 1,5 4 -Р

(5)

является величиной, не зависящей от См;-^ , но зависящей от времени электролиза. Зависимость Ас от времени электролиза обусловлена изменением во времени величины К а которая из (1) равна

/*Смн + '

где М — функция времени: М = К-. • т (К —коэффициент пропорциональности). Соответственно величину А £ можно записать как

Ас = аЧ (6)

где

1,5/?7аА\

а =

(7)

Графическое выражение уравнения (4) должно представлять собой в координатах г3 амн4г ряд прямых, выходящих из точки на оси ординат, соответствующей значению г03. По углу наклона такой прямой можно определить величину Ас для данного момента времени электролиза. Экспериментальная зависимость А с от т должна представлять собой прямую, проходящую через начало координат.

Для экспериментальной проверки выражений (4) и (6) проведены опыты, результаты которых представлены в табл. 1. Описание установки и методики проведения опытов приведены в работе [3]. Электролизу подвергались буферные смеси + ЫН4ОН с наибольшей буферной

емкостью (рН = 9) при постоянном значении рН и различных значениях Смн4а- Общие условия опытов: объем раствора 10 мл; напряжение. наложенное на ячейку, 4 вольта; температура 20°С.

Таблица 1

Радиус капли амальгамы аммония через 1, 2, 3 и 4 мин. электролиза в растворах МН4С1 различной концентрации

\ / 1 п г] Г-1 г2 Г?> I г\ ГА л

г-и он ¡л мм мм* мм ММ2 ММ 1 ММ3 ММ Л/2

0,01 0,88 П0,0Ю , 040 0,74 0,40 0,76 0,44 0,78 0,47 0,82 0,55

0,05 0,79 0,82 0,55 0.91 0,75 1,00 1,00 1,08 1.26

0,10 0,71 0,074 0,88 0,68 1,04 1,12 1,16 1,56 1,28 2,10

0,20 0,67 0,134 1,00 1.00 1,24 1.91 1,42 2,86 1,60 4,10

0,50 0,58 0,290 1,18 1,33 1,40 2,74 1,66 4,56 1.88 6,65

Если по данным табл. 1 построить график в координатах г3, то можно видеть, что зависимость г3, акн4г в разбавленных растворах действительно представляет собой прямые, выходящие из одной точки на оси ординат, которая совпадает с опытным значением куба начального радиуса капли ртути г03 = 0,36 ммг. В концентрированных растворах наблюдается отклонение от полученной зависимости. Это объясняется тем, что опыты по влиянию концентрации иона аммония в растворе на кинетику роста капли амальгамы аммония проводились при постоянстве внешнего напряжения, а не при постоянстве потенциала катода2).

Потенциал катода зависит от С^тН+ и в концентрированных растворах изменяется во г.рсмеии сильнее, чем в разбавленных. 34

Из табл. 1 видно также, что с увеличением концентрации ионов аммония в растворе скорость роста капли амальгамы аммония увеличивается, что еще раз подтверждает выводы, сделанные нами ранее в работе [3].

В табл. 2 приведены данные по зависимости Ас от времени электролиза. Величины Ас определены как углы наклона прямых на графике г% аг^н^, построенном по данным табл. 1. Результаты, приведенные в табл. 2, подтверждают справедливость уравнения (6).

Таблица 2

Значения величины А гв различные моменты времени электролиза

Л г 5 11 16 23

-мин 12 3 4

Согласие, наблюдающееся между теоретическими выражениями .(4) и (6) и экспериментальными данными, может, по-видимому, свидетельствовать о справедливости полученных выражений и дает возможность путем изменения концентрации ионов аммония в растворе в определенной степени управлять процессом эффекта амальгамы аммония.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ю. А. Кар баи нов, А. Г. Стромберг. ЖАХ 20, 769, 1965

2. А. В. Конькова. ЖАХ 23. вып. 3, 451, 1968.

3. А. В. Конькова, А. Г. Стромберг. Изв. ТПИ, 164, 147, 1967.