надпровідний розчин

1. Опишіть, яким чином на
електропровідність розчинів впливають
температура, природа розчинника, природа
розчиненої речовини та її концентрація.
Запропонуйте та обґрунтуйте склад рідкого
розчину з найбільшою електропровідністю.
(обласний турнір юних хіміків 2014-2015 н.р.)

2. Опишіть, яким чином на електропровідність розчинів впливає температура,
природа розчинника і розчиненої речовини та концентрація.
Запропонуйте та обґрунтуйте склад рідкого розчину з найбільшою
електропровідністю.
Електропровідність (E) – це здатність розчину (розплаву) проводити
електричний струм.
Між Е та електролітичною дисоціацією існує міцний зв’язок, а точніше,
прямо пропорційна залежність.
Електролітична дисоціація – це процес розпаду електролітів на йони.
Електроліти – це речовини, водні розчини або розплави яких проводять
електричний струм.
Неелектроліти – це речовини, воднірозчини або розплави яких не проводять
електричний струм.
Механізм електролітичної дисоціації (фото)
При розчиненні сполукз йонним типом зв’язкувідбувається процес гідратації
йонів у кристалічній гратці і подальшого розпаду кристала на гідратовані
йони.
Перейдемо до електопровідності.
Існують провідники першого роду – метали ( в них провідність зумовлена
рухом електронів).
Провідники другого роду – рохчини електронів ( в них провідність зумовлена
рухом йонів).
Давайте розглянемо як впливають різні фактори на Е розчинів.
1. Вплив концентрації розчиненої речовини на Е. даний графік показує,
що залежність Е від концентрації проходить через максимум. Що це
значить?
На початку з ростом концентрації електроліту збільшується кількість
продисоційованихйонів, а це призводить до збільшення Е. з подальшим
ростом концентрації починається зворотній дисоціації процес – асоціація
(об’єднання) йонів. Кількість вільних йонів, які зумовлюють Е розчину,
зменшується. Отже, і значення Е знижується.
2. Залежність Е від температури.
При зростанні t° в’язкість розчинника зменшується. Внаслідок цього
активність і рух йонів збільшується, відбувається ослаблення
міжйоннихзв’язків та проходить теплова дисоціація електроліту і, як наслідок
збільшується Е.
Отже, з підвищенням температури збільшується Е розчину.

3. Доведено, що при зростанні t° на 1°С електропровідність збільшується на 2%.
3. Вплив розчинника на Е.
Безумовно природа розчинника теж є визначальним фактором. У
неполярних розчинах ( бензол, тетрахлорметан) процес електролітичної
дисоціації не відбувається. Отже, такі речовини матимуть значення Е близьке
до нуля. Тоді зрозуміло, що полярні розчинники будуть підвищувати Е
розчинів. Найбільш полярним розчинником є вода( дистильована. Тому
розчини а основі води матимуть найбільшу Е.
4. Вплив розчиненої речовини на Е.
Е суттєво залежить від природи розчиненої речовини. Високу Е матимуть
сполуки з йонним типом зв’язку, адже вони мають високий ступінь
дисоціації(кислоти, солі, основи). Також непоганими електролітами є
сполуки з полярним ковалентним зв’язком (HI, HCl)
Тож, яким має бути розчин з найбільшою Е.
На мою думку рідкі розчини з найбільшою Е має бути таким.
Розчинникв даному розчинімає бути полярним, тому, що дисоціація молекул
активно відбувається в такому розчиннику.
Розчиненю речовиною має бути луг або кислота. Це пов’язано з такою
особливістю даних електролітів. Дослідженнями доведено, що саме ці
електроліти в розчинах дисоціюють на йониH3O ( йонгідроксонію) та OH-
(гідроксия – йон).
На Е розчинів впливає така властивість йонів як рухливість. А саме йониH3O+
та OH-
має найвищу рухливість з усіх відомих йонів, отже, збільшують Е
розчинів.
Поясню, чим зумовлена така велика рухливість. Рухливість цих йонів
зумовлена ланцюговим тимоппровідності. Як це пояснюється. Протон водню
перескакує по водневому зв’язку від однієї молекули води до іншої:
H2O + H+ H3O+H2O H3O+ H2O…автопротоліз
Аналогічно пояснюється і венлика кількість рухливість гідроксил іонів. Але в
цьому випадку перехід протону відбувається від молекули до гідроксильних
йонів.
H2O OH- H2O OH- H2O…
Саме це перескакування протону водню і збільшує Е розчинів.
Водн.зв’язок
H+
H+
H+
H+

4. Тепер розглянемо, який катіон металу (в лузі) матиме найбільшу рухливість
( отже, найбільшу Е).
Розглянемо ряд Li+ – Na+ – K+. Радіуси даних йонів збільшуються, отже і
рухливість збільшується. Це пояснюється тим, що більший йон оточений
більшою кількістю молекул води. А це значить, що кількість перехідних
протонів більша, отже, більша і електропровідність.
В розглянутому ряді йонK+ найбільший, отже, володіє найбільшою Е.
Значить розчин KOH– це приклад рідкого розчину лугу з найбільшою Е.
Тепер розглянемо, який аніон в складі кислоти буде мати найбільшу Е (
заодно і рухливість).
Розглянемо ряд HF – HCl – HI. Найбільший радіус у I-.
Отже, він найбільш гідратований, отже, матиме найбільше перехідних
протонів, а це збільшує електропровідність. Тобто, другий розчин з
найбільшим Е – це HI.
У підсумку маємо 2 розчини.
Але в розчині KOH потрібно затримати енергію на розрив зв’язку H-O у
молекулі водню, щоб відірвати протон.
[H-OH H+ +OH-]
Через це електропровідність розчину KOH буде меншою, ніж розчину HI. Та
є ще одна умова для одержання розчину з найбільшою Е. він має бути
гранично розведеним.
Якщо розчин розведений до безкінечно малого значення концентрації
електроліту (C O), то Е зростає. Це твердження доведено вченим
Кольрауним.
В підтвердження даної теорії можна провести такий дослід
Підсумовуючи свою доповідь, роблю висновок, що на Е розчинів впливає t°,
природа розчинника і розчиненої речовини та концентрація.
А розчином з найбільшою електропровідністю є гранично розбавлений
розчин HI.