Статья опубликована в рамках: XI Международной научно-практической конференции «Научные достижения биологии, химии, физики» (Россия, г. Новосибирск, 10 сентября 2012 г.)
Наука: Химия
Секция: Физическая химия
Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции
- Условия публикаций
- Все статьи конференции
дипломов
ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ И ТЕМПЕРАТУРЫ НА РЕАКТИВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ИМПЕДАНСА И РЕЗОНАНСНЫЕ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ ГИДРАТИРОВАННЫХ ИОНОВ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
Килимник Александр Борисович
д-р хим. наук, проф., ФГБОУ ВПО «ТГТУ», г. Тамбов
Е-mail: RA3RO@yandex.ru
Слобина Елена Семеновна
аспирант, ФГБОУ ВПО «ТГТУ», г. Тамбов
Е-mail: elka256@mail.ru
Ярмоленко Владислав Владимирович
мл. науч. сотр., ФГБОУ ВПО «ТГТУ», г. Тамбов
Е-mail: chemistry@nnn.tstu.ru
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 серной кислоты 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 серной кислоты 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, соляной кислоты, 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 серной кислоты 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 серную кислоту марки «х. ч.». Растворы серной кислоты с концентрацией 0,1…0,8 моль/кг готовились на бидистиллированной воде. Результаты экспериментов обрабатывались с использованием пакета программ MicrosoftExcel.
Полученные данные для растворов серной кислоты приведены в табл. 1. Наблюдается увеличение резонансных частот взаимосвязанных 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 0,8 моль/кг.
Таблица 1.
Реактивные составляющие импеданса и резонансные частоты взаимосвязанных колебаний гидратированных ионов серной кислоты при различных концентрациях и температурах
|
m, моль/кг |
T, К |
L, мГн |
C0, мкФ |
fr,± ,кГц |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
0,1 |
293 |
2,1353 |
0,2313 |
7,161 |
|
298 |
1,8947 |
0,2048 |
8,08 |
|
|
303 |
1,8061 |
0,1918 |
8,552 |
|
|
308 |
1,5450 |
0,2109 |
8,816 |
|
|
0,2 |
293 |
0,5345 |
0,2005 |
15,375 |
|
298 |
0,4762 |
0,1874 |
16,850 |
|
|
303 |
0,3166 |
0,2187 |
19,125 |
|
|
308 |
0,2887 |
0,2199 |
19,972 |
|
|
0,3 |
293 |
0,1935 |
0,2148 |
24,749 |
|
298 |
0,1773 |
0,1980 |
26,861 |
|
|
303 |
0,1596 |
0,1947 |
28,554 |
|
|
308 |
0,1494 |
0,1988 |
29,197 |
|
|
0,4 |
293 |
0,1114 |
0,22451 |
31,817 |
|
298 |
0,0937 |
0,19709 |
37,108 |
|
|
303 |
0,0912 |
0,19344 |
37,895 |
|
|
308 |
0,0886 |
0,19797 |
37,989 |
|
|
0,6 |
293 |
0,05319 |
0,22225 |
46,28791 |
|
298 |
0,05066 |
0,18227 |
52,376 |
|
|
303 |
0,04306 |
0,18621 |
56,205 |
|
|
308 |
0,03799 |
0,18915 |
59,368 |
|
|
0,8 |
293 |
0,03039 |
0,19808 |
64,962 |
|
298 |
0,02533 |
0,20017 |
70,68 |
|
|
303 |
0,02279 |
0,20014 |
74,509 |
|
|
308 |
0,02026 |
0,19771 |
79,512 |
Резонансная частота взаимосвязанных колебаний гидратированных ионов серной кислоты линейно увеличивается с ростом концентрации, а индуктивность уменьшается по степенному закону. Также наблюдается увеличение значений резонансной частоты с ростом температуры. Такое поведение индуктивности и резонансной частоты взаимосвязанных колебаний гидратированных ионов можно объяснить уменьшением вязкости раствора электролита и молекуляр-ной массы гидратированных ионов серной 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 резонансной частоты взаимосвязанных колебаний гидратированных ионов в растворе серной кислоты от концентрации раствора
|
T, К |
L=f (m), Гн |
fr, ±=f (m), кГц |
r2L |
r2fr, ± |
|
293 |
L=0,00174 m-2,0826 |
fr, ±=83,471m–0,9664 |
0,9775 |
0,9985 |
|
298 |
L=0,0158m-2,0711 |
fr, ±=89,021m–0,2825 |
0,997 |
0,9982 |
|
303 |
L=0,0141m-2,0503 |
fr, ±=93,525m+0,0632 |
0,995 |
0,9995 |
|
308 |
L=0,013m-2,0352 |
fr, ±=100,35m–0,8844 |
0,9964 |
0,9997 |
Резонансные частоты взаимосвязанных колебаний гидратирован-ных 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 |
0,1087 T—24,524 |
0,9307 |
13,022—0,0372 T |
0,9699 |
|
0,2 |
0,3213 T—78,726 |
0,9738 |
5,79430,0179 T |
0,9318 |
|
0,3 |
0,3007 T—63,032 |
0,9529 |
1,0718—0,0030 T |
0,9884 |
|
0,4 |
0,3861 T—79,809 |
0,7136 |
0,5225—0,0014 T |
0,7834 |
|
0,6 |
0,8614 T—205,29 |
0,9762 |
0,3659—0,0011 T |
0,9792 |
|
0,8 |
0,9496 T—212,93 |
0,9947 |
0,2226—0,0007 T |
0,9657 |
Общий вид этих уравнений можно представить следующим образом:
fr,±=a T–d иL=p–b T.
Угловые коэффициенты зависимости резонансной частоты для растворов серной кислоты с увеличением концентрации растут, а индуктивности — уменьшаются. Это явление может быть связано с ростом подвижности гидратированных ионов и уменьшением их массы при увеличении температуры.
Уменьшение индуктивности и увеличение резонансной частоты взаимосвязанных колебаний гидратированных ионов связано со снижением массы колеблющихся гидратированных ионов при увеличении концентрации раствора.
В табл. 4 приведены угловые коэффициенты полученных зависимостей для различных концентраций.
Таблица 4.
Угловые коэффициенты aи -bзависимости резонансной частоты и индуктивности от температуры для растворов серной кислоты с различной концентрацией
|
m, моль/кг |
a, кГц/К |
-b, мГн/К |
|
0,1 |
0,1087 |
0,0372 |
|
0,2 |
0,3213 |
0,0179 |
|
0,3 |
0,3007 |
0,003 |
|
0,4 |
0,3861 |
0,0014 |
|
0,6 |
0,8614 |
0,0011 |
|
0,8 |
0,9496 |
0,0007 |
Полученные данные хорошо (r2=0,9679) аппроксимируются уравнением:
|
m = 0,0004(-b)-1,9304 |
(1) |
Связь концентрации растворов серной кислоты и углового коэффициента температурной зависимости резонансной частоты (при r2=0,9877) имеет вид:
|
m = 1,2198 a – 0,0517 |
(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:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Ярмоленко В.В. Влияние температуры на реактивные составляющие импеданса кондуктометрической ячейки / В.В. Ярмоленко // Вестник. ТГТУ — 2007. — Т. 13, № 4А. С. 908—912.
- 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.
дипломов
Оставить комментарий