Телефон: +7 (383)-312-14-32

Статья опубликована в рамках: VIII Международной научно-практической конференции «Научные достижения биологии, химии, физики» (Россия, г. Новосибирск, 06 июня 2012 г.)

Наука: Химия

Секция: Физическая химия

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Слобина Е.С., Ярмоленко В.В. РЕЗОНАНСНЫЕ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ ГИДРАТИРОВАННЫХ ИОНОВ H+ И Cl- В ДВОЙНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ СЛОЕ // Научные достижения биологии, химии, физики: сб. ст. по матер. VIII междунар. науч.-практ. конф. – Новосибирск: СибАК, 2012.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов
Статья опубликована в рамках:
 
 
Выходные данные сборника:

 

РЕЗОНАНСНЫЕ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ ГИДРАТИРОВАННЫХ ИОНОВ H+ И Cl- В ДВОЙНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ СЛОЕ

Килимник Александр Борисович

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

Е-mail:

Слобина Елена Семеновна

аспирант, ФГБОУ ВПО «ТГТУ», г. Тамбов

Е-mail:

Ярмоленко Владислав Владимирович

мл. науч. сотр. 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).

 

В результате исследований мы установили, что резонансная частота взаимосвязанных колебаний гидратированных ионов H+ и Сl- увеличивается, а индуктивность уменьшается с ростом концентрации и температуры. Показано, что соответствующая резонансной частоте взаимосвязанных колебаний гидратированных ионов емкость, практически не зависит от температуры. Приведены уравнения зависи­мостей индуктивности и резонансной частоты взаимосвязанных колеба­ний гидратированных ионов H+ и Сl- от температуры и концентрации.

Ранее нами было исследовано влияние конструкции кондуктометрической ячейки, площади поверхности электродов, температуры и концентрации растворов хлорида и сульфата натрия, хлорида калия, ацетата кобальта и оксалата калия на величины реактивных составляющих импеданса и резонансных частот взаимосвязанных колебаний гидратированных ионов 1,1-валентных и 1,2-электролитов [1—7]. 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 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 соляную кислоту марки «х. ч.». Растворы соляной кислоты с концентрацией 0,1…1,0 m готовили на бидистиллированной воде. Результаты экспериментов обрабатывали с использованием пакета программ Microsoft Excel.

Полученные данные приведены в табл. 1. Наблюдается увеличение резонансных частот колебаний гидратированных ионов и уменьшение индуктивной составляющей импеданса с ростом температуры и концентрации растворов. Емкость практически не зависит от температуры, и незначительно колеблется в интервале концентраций от 0,1 до 1,0 m.

Таблица 1

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

m, моль/кг

T, К

L, Гн

C0, мкФ

fr, ± , кГц

1

2

3

4

5

0,1

293

0,02084

0,2299

2,299

298

0,01849

0,2072

2,571

303

0,01597

0,2145

2,719

308

0,01460

0,2162

2,832

0,2

293

0,00538

0,2548

4,297

298

0,00462

0,2133

5,069

303

0,00419

0,2213

5,227

308

0,00379

0,2206

5,503

0,4

293

0,00150

0,2424

8,354

298

0,00123

0,2318

9,432

303

0,00104

0,2222

10,476

308

0,00093

0,2151

11,286

0,6

293

0,00047

0,2480

14,762

298

0,00038

0,2156

16,849

303

0,00032

0,2092

19,322

308

0,00031

0,2187

19,359

0,8

293

0,00028

0,2498

18,987

298

0,00024

0,2248

21,281

303

0,00019

0,2318

24,308

308

0,00016

0,2392

25,557

1,0

293

0,00021

0,2786

21,047

298

0,00017

0,2462

24,502

303

0,00015

0,2485

25,899

308

0,00014

0,2341

28,662

Средняя резонансная частота колебаний гидратированных ионов соляной кислоты 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 соляной кислоты.

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 двойном электрическом слое от концентрации раствора соляной кислоты

T, К

L=f (m), Гн

fr, ±=f (m), кГц

r2L

r2fr, ±

293

L=0,00019 m-2,05264

fr, ±=22,488 m1,0036

0,99685

0,9941

298

L=0,00016 m-2,08361

fr, ±=25,749 m1,0064

0,99582

0,9953

303

L=0,00013 m-2,10801

fr, ±=28,78 m1,0335

0,99455

0,9909

308

L=0,00012 m-2,11304

fr, ±=30,645 m1,0437

0,98530

0,9962

 

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

m, моль/кг

fr, ±=f (T), кГц

r2

L=f (T), мГн

r2

0,1

0,0349 T — 7,8949

0,9579

145,07 — 0,4246 T

0,9856

0,2

0,0801 T — 19,103

0,9781

37,395 — 0,1093 T

0,99

0,4

0,1968 T — 49,259

0,9959

12,627 — 0,0381 T

0,9688

0,6

0,2884 T — 69,564

0,9651

3,3508 — 0,0099 T

0,9203

0,8

0,4547 T — 114,12

0,9777

2,6768 — 0,0082 T

0,978

1,0

0,4848 T — 120,67

0,9765

1,5112 — 0,0045 T

0,9679

 

Общий вид этих уравнений можно представить следующим образом:

fr,±=aT—d и L=p—bT.

Угловые коэффициенты зависимости резонансной частоты для растворов соляной кислоты 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 соляной кислоты с различной концентрацией

m, моль/кг

a, кГц/К

-b, мГн/К

0,1

0,0349

0,4246

0,2

0,0801

0,1093

0,4

0,1968

0,0381

0,6

0,2884

0,0099

0,8

0,4547

0,0082

1,0

0,4848

0,0045

 

Полученные данные хорошо (r2=0,989) аппроксимируются уравнением:

 

m=0,0674(-b)-0,5019

 

(1)

 

Связь концентрации растворов соляной кислоты и углового коэффициента температурной зависимости резонансной частоты (при r 2=0,9988) имеет вид:

m=1,9901a+0,0282

(2)

 

Значения индуктивности и резонансной частоты контролируемого раствора определяются двухчастотным методом (частоты выбираются вблизи резонансной частоты) при двух температурах (например, 293 и 303 К).

Уравнения 1 и 2 вводятся в банк уравнений информационно-измерительной системы для установления концентрации растворов электролитов [7].

 

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. Слобина, Е.С. Влияние концентрации и температуры на реактивные составляющие импеданса и резонансную частоту взаимосвязанных колебаний гидратированных ионов Co2+ и CH3COO- / А.Б. Килимник, Е.С. Слобина // Вестник ТГТУ — 2012. — Т. 18, № 1, С. 142—148.
  6. Ярмоленко, В.В. Влияние температуры на реактивные составляющие импеданса кондуктометрической ячейки / В.В. Ярмоленко // Вестник. ТГТУ — 2007. — Т. 13, № 4А. С. 908—912.
  7. 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.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом