Электрические свойства жидкостей

Вещества, в которых при прохождении через них электрического тока происходят химические реакции, называются электролитами или проводниками второго рода.

В качестве примеров можно привести:

- водные растворы солей;

- водные растворы кислот и щелочей;

- расплавы солей, которые в твёрдом состоянии являются ионными кристаллами.

Носители тока в электролитах – ионы, на которые расщепляются (диссоциируют) молекулы растворённого в воде вещества.

В растворе каждая молекула растворённого вещества находится в окружении молекул вещества растворителя. Поскольку молекулы растворителя и растворённого вещества являются полярными, то они распределяются в растворе как показано на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1 – Взаимное расположение в растворе молекул растворителя и растворённого вещества.

Из-за ослабления связей между катионами и анионами, вызванного силами электрических взаимодействий, молекулы веществ могут диссоциировать. Иногда при встрече катиона и аниона молекулы исходного вещества снова соединяются – рекомбинируют. Таким образом, в растворе одновременно протекают два физических процесса:

- диссоциация молекул веществ;

- рекомбинация молекул веществ.

Если количество диссоциирующих молекул равно количеству рекомбинирующих , то устанавливается равновесное состояние раствора. Этому состоянию характерна степень диссоциации, называемая коэффициентом диссоциации .

Пусть – это число молекул растворённого вещества в единице объёма раствора, тогда:

- – число диссоциировавших молекул данного вещества в этой же единице объёма раствора;

- – оставшееся число молекул вещества.

Таким образом, количество молекул растворённого вещества в единице объёма раствора определяется выражением .

Пусть в единицу времени диссоциировало , а рекомбинировало молекул растворённого вещества. Тогда:

, (8.1)

. (8.2)

В выражениях (8.1), (8.2) коэффициенты и – это коэффициенты пропорциональности, зависящие от природы растворённого вещества и растворителя. При увеличении значения величины диэлектрической проницаемости растворителя , значения коэффициентов пропорциональности и возрастают.

Известно, что в равновесном состоянии раствора обязательно выполнение условия , а это значит, что и правые части выражений (8.1), (8.2) можно приравнять

,

или

. (8.3)

Если, раскрыв скобки, левую и правую части выражения (8.3) разделить на величину , то получится квадратное уравнение вида (8.4):

. (8.4)

Квадратное уравнение (8.4) имеет два решения:

. (8.5)

Поскольку, по определению, , вариант решения со знаком «–» не учитывается. Тогда второе слагаемое (8.5) преобразовывается к виду:

,

а выражение (8.5) с учётом примет вид (8.6)

. (8.6)

Из (8.6) следует, что при условии значение коэффициента . Это говорит о том, что в слабых или сильноразбавленных растворах все молекулы растворённого вещества оказываются диссоциированными. При увеличении коэффициент пропорционален отношению .

При невысоких температурах ионы бывают окружены молекулами растворителя (рисунок 8.2).

Рисунок 8.2 – Ион растворённого вещества, окружённый молекулами растворителя

Это явление носит название сольвация. Если раствор является водным, то явление носит название гидратация. При повышении температуры раствора размеры сольвата начинают уменьшаться.