Электродтар

Дәріс 25-28

Заттардың электр тоғын өткізу қабілетін электр өткізгіштік деп атайды. Бірінші текті өткізгіштер (металдар) сияқты, электролиттер де электр тоғының өтуіне қарсы бірақ кедергі жасайды. Оның себебі ерітіндіде электролиттің әрбір ионы еріткіш молекулаларымен және иондық атмосферамен қоршалған болады.

Электродтар арқылы электролит ерітіндісіне жіберілген электр кернеуінің әсерінен иондар қозғалысқа түсе бастайды, демек ерітіндіден электр тоғы өте бастайды. Иондардың қозғалысы еріткіш молекулаларының әсерінен де, ионды қоршаған қарсы зарядты иондардың (иондық атмосфераның) әсерінен де тежелуге ұшырайды. Еріткіш молекулаларының ион қозғалысына әсері тұтқыр ортада қозғалатын шарға әсер ететін үйкеліс күшіне ұқсайды.

Ион қозғалысына иондық атмосфераның әсері релаксациялық және электрофоретикалық күштердің әсерімен түсіндіріледі. Ерітіндіде берілген ион бір нүктеден екінші нүктеге қарай қозғалысы барысында оның иондық атмосферасы ыдырап, жаңа иондық атмосфера түзіліп отырады. Ескі иондық атмосфера ыдырап, жаңа иондық атмосфера түзілуіне біраз уақыт қажет болады, бұл уақыт (τ) иондық атмосфераның релаксация уақытымен (θ) байланысты болады. Релаксация уақыты деп иондық атмосферадағы иондардың орталық (центральный) ионның зарядынан артық заряды е рет (е - натурал логарифм негізгі) азаюына кететін уақытты айтады. Катионы мен анионының зарядтары тең (симметриялы) электролиттер үшін:

τ =2θ                                     (1)

Иондық атмосфераның ыдырап, содан соң қайтадан түзілуіне белгілі бір уақыт қажет болатындықтан, қозғалатын орталық ионның центрі оның иондық атмосфераның центрінен ауытқиды. Бұл кезде иондық атмосфера мен орталық ионның арасында электростатикалық тартылыс күші пайда болады, соның әсерінен орталық ионның қозғалысы бәсеңдейді. Бұл құбылысты релаксациялық эффект деп атайды.

Сонымен қатар, орталық ионның қозғалу бағытына оның иондық атмосферасындағы қарсы зарядталған иондар қарама-қарсы қозғалады. Бұл кезде ион мен оның иондық атмосферасынаң арасында үйкеліс пайда болады, сөйтіп орталық ионның қозғалысын тежейтін тағыда бір қосымша күш пайда болады. Бұл құбылысты электрофоретикалық эффект деп атайды.

Ион қозғалысын тежейтін күштердің бәрі әрине ерітіндінің концентрациясына байланысты, өйткені концентрация иондық атмосфераның құрылысына әсер етеді. Ион қозғалысын тежейтін күштердің барлығы электролит ерітіндісінің кедергісін туғызады.

Электролит ерітіндісінің кедергісі (R) электродтардың ара қашықтығына (l) тура пропорционалды, ал электродтың көлденең қимасының ауданына (S) кері пропорционалды:

R=ρ[pic 1]                                     (2),

мұнда ρ - пропорционалдық коэффициент, ол электролит ерітіндісінің табиғатымен анықталады, сондықтан ерітіндінің меншікті кедергісі деп аталады.

Кедергіге кері шаманы электр өткізгіштік (L) дейді, өлшемі Ом-1:

L = [pic 2]                                      (3)

Электр өткізгіштіктің маңызды сипаттамаларының бірі меншікті электр өткізгіштік χ, ол меншікті кедергіге кері шама:

χ=[pic 3]                                       (4)

Меншікті электр өткізгіштік деп аудандары 1 см2, ара қашықтығы 1 см екі электрод арасына орналасқан 1 см3 электролит ерітіндісінің электр өткізгіштігін айтады, оның размерлігі Ом-1⋅см-1 немесе СИ жүйесі бойынша: См⋅м-1, мұнда См - Сименспен алынған өлшем бірлігі (См=Ом-1).

Практикада меншікті электр өткізгіштікті анықтау үшін (2-формула) l және S шамаларын өлшеу өте қиын. Бірақ меншікті электр өткізгіштігі белгілі ерітіндінің кедергісін өлшеу арқылы l/S қатынасын оңай табуға болады. Бұл l/S қатынасы электр өткізгіштік өлшенетін ыдыстың (ұяшықтың) тұрақтысы (ыдыс тұрақтысы) деп аталады, оны К әрпімен белгілесек:

[pic 4] (5)

Ыдыс тұрақтысы электродтар арасындағы берілген ерітіндінің кедергісі оның меншікті кедергісінен неше рет көп не аз екенін көрсетеді. Ыдыс тұрақтысын анықтағаннан кейін, электродтардың жылжып кетпеуіне, қарайтылған платинамен жабылған беттік қабатының бұзылмауына көңіл аудару керек, өйтпеген күнде ыдыс тұрақтысының мәні өзгеріп кетеді.