Телефон: +7 (383)-312-14-32

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

Библиографическое описание:
Слобина Е.С., Ярмоленко В.В. ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ И ТЕМПЕРАТУРЫ НА РЕАКТИВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ИМПЕДАНСА И РЕЗОНАНСНЫЕ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ ГИДРАТИРОВАННЫХ ИОНОВ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ // Научные достижения биологии, химии, физики: сб. ст. по матер. XI междунар. науч.-практ. конф. – Новосибирск: СибАК, 2012.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов
Статья опубликована в рамках:
 
 
Выходные данные сборника:

 

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 Td 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:

  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