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
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
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
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
Полученные данные хорошо (r2=0,9679) аппроксимируются уравнением:
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
Связь концентрации растворов серной кислоты и углового коэффициента температурной зависимости резонансной частоты (при r2=0,9877) имеет вид:
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.