ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И КОНЦЕНТРАЦИИ НА РЕАКТИВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ИМПЕДАНСА И РЕЗОНАНСНЫЕ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ ГИДРАТИРОВАННЫХ ИОНОВ К⁺ И С₂О₂О₂^2-

Клилимник Александр Борисович

д-р хим. наук, профессор, ФГБОУ ВПО «ТГТУ», г. Тамбов

Слобина Елена Семеновна

аспирант, ФГБОУ ВПО «ТГТУ», г. Тамбов

Новоторцева Анастасия Юрьевна

студент, ФГБОУ ВПО «ТГТУ», г. Тамбов

Е-mail: 

Работа проведена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009—2013 годы (ГК № П-1146 и ГК № 14.740.11.0376).

Нами установлено, что резонансная частота взаимосвязанных ко­лебаний гидратированных ионов К⁺ и С₂О₂О₂^2- увеличивается, а индук­тивность, соответственно, уменьшается с ростом концентрации и тем­пературы. Показано, что соответствующая резонансной частоте взаимосвязанных колебаний гидратированных ионов емкость, практи­чески не зависит от температуры. Приведены уравнения зависимостей резонансной частоты и индуктивности взаимосвязанных колебаний гидратированных ионов К⁺ и С₂О₂О₂^2- от концентрации и температуры.

Ранее нами было показано влияние конструкции кондуктомет­рической ячейки, площади поверхности электродов, температуры и концентрации растворов хлорида и сульфата натрия, хлорида калия и ацетата кобальта на величины реактивных составляющих импеданса и резонансных частот взаимосвязанных колебаний гидратированных ионов 1,1-валентных и 1,2-электролитов [1—6]. Сведений о резонанс­ных частотах взаимосвязанных колебаний гидратированных ионов растворов органических солей в двойном электрическом слое при на­ложении переменного электрического напряжения в отсутствие стадии разряда-ионизации и о реактивных составляющих импеданса кондук­тометрической ячейки в отечественной и зарубежной литературе нет.

Измерения активной и реактивной составляющих импеданса на различных частотах синусоидального переменного напряжения осуществляли с помощью моста Р-568 при 298, 303, 308 и 313 К в термостатированной ячейке по методике, описанной в работе [4]. В экспериментах использовали оксалат калия марки «х. ч.». Растворы оксалата калия с концентрацией 0,1…1,1 моль/кг готовились на бидистиллированной воде. Результаты экспериментов обрабатывались с использованием пакета программ Microsoft Excel.

Полученные данные для растворов оксалата калия приведены в табл. 1. Обращает на себя внимание характерное уменьшение индук­тивной составляющей импеданса и увеличение резонансных частот колебаний гидратированных ионов с ростом температуры и концент­рации растворов. Емкость практически не зависит от температуры, но увеличивается в интервале концентраций от 0,1 до 1,1 m.

Таблица 1

Реактивные составляющие импеданса и средние резонансные частоты колебаний гидратированных ионов при различных концентрациях и температурах

Средняя резонансная частота колебаний гидратированных ионов оксалата калия увеличивается с ростом концентрации, а индуктивность уменьшается по степенному закону. Также наблюдается увеличение значений резонансной частоты с ростом температуры. Такое пове­дение индуктивности и средней резонансной частоты колебаний гидратированных ионов можно объяснить уменьшением вязкости раствора электролита и молекулярной массы гидратированных ионов оксалата калия.

Уравнения зависимостей индуктивности и резонансной частоты от концентрации при различных температурах и величины достовер­ности аппроксимации r² приведены в табл. 2.

Таблица 2

Уравнения зависимостей индуктивности и средней резонансной частоты колебаний гидратированных ионов в растворе оксалата калия от концентрации раствора

Средние резонансные частоты взаимосвязанных колебаний гид­ратированных ионов и индуктивности линейно зависят от темпера­туры (табл. 3).

Таблица 3

Уравнения связи резонансной частоты и индуктивности с температурой

Общий вид этих уравнений можно представить следующим образом:

f_r,±=aT—d и L=p—bT.

Угловые коэффициенты зависимости резонансной частоты для растворов оксалата калия с увеличением концентрации растут, а ин­дуктивности — уменьшаются. Это явление можно объяснить уменьше­нием массы гидратированных ионов и ростом их подвижности при увеличении температуры.

Уменьшение индуктивности и увеличение средней резонансной частоты колебаний гидратированных ионов связано со снижением мас­сы колеблющихся гидратированных ионов при увеличении концентра­ции раствора.

В таблице 4 приведены угловые коэффициенты полученных зависимостей для различных концентраций.

Таблица 4

Угловые коэффициенты a и -b зависимости резонансной частоты и индуктивности от температуры для растворов оксалата калия с различной концентрацией

Полученные данные хорошо (r²=0,9779) аппроксимируются уравнением:

m=0,0011(-b)^-0,5626                              (1)

Связь концентрации растворов оксалата калия и углового коэффи­циента температурной зависимости резонансной частоты (при r ²=0,9656) имеет вид:

m=7,2018a^1,5948                              (2)

Значения индуктивности и резонансной частоты контролируе­мого раствора определяются двухчастотным методом (частоты выби­раются вблизи резонансной частоты) при двух температурах (напри­мер, 298 и 308 К).

Уравнения 1 и 2 вводятся в банк уравнений информационно-измерительной системы для установления концентрации растворов электролитов [6].

Список литературы:

1. Килимник, А. Б. Влияние концентрации хлорида калия на реактивные составляющие импеданса кондуктометрической ячейки / А. Б. Килимник, В. В. Ярмоленко // Вестник. ТГТУ — 2008. — Т. 14, № 1. С. 111—117.
2. Килимник, А. Б. Влияние температуры на резонансную частоту взаимо­связанных колебаний гидратированных ионов Na+ и SO42- / А. Б. Килим­ник, Е. С. Слобина // Вестник ТГТУ — 2010. Т. 16, № 2, С. 343—347.
3. Килимник, А. Б. Колебательные процессы в двойном электрическом слое при наложении переменного тока / А. Б. Килимник // Вестник. Тамб. Ун-та. Сер. Естеств. и техн. науки — 2006. — Т. 11, вып. 4. С. 586—587.
4. Килимник, А. Б. Методы определения и расчета реактивных составляющих импеданса и средних резонансных частот колебаний гидратированных ионов: монография / А. Б. Килимник, В. В. Ярмоленко // Тамбов, изд-во ТГТУ — 2008. — 116 с.
5. Ярмоленко, В. В. Влияние температуры на реактивные составляющие импеданса кондуктометрической ячейки / В.В. Ярмоленко // Вестник. ТГТУ — 2007. — Т. 13, № 4А. С. 908—912.
6. Ярмоленко, В. В. Информационно-измерительная система для определения концентрации раствора электролита по резонансной частоте колебаний гидратированных ионов / В. В. Ярмоленко, А. Б. Килимник, Е. С. Слобина // Вестник ТГТУ — 2011. — Т. 17, № 2, С. 351—359.