将连接电源的两个电极插入电解质溶液中,即构成一个电导池。正负两种离子在电场作用下发生移动,并在电极上发生电化学反应而传递电子,因此,电解质溶液具有导电作用。溶液的导电能力称为电导,符号为L,单位为西门子,简称“西”,用S表示。溶液的电导等于其电阻的倒数。L=1/R
根据欧姆定律,温度一定时,电阻值与导体的长度即电极间距离l(厘米)成正比,与导体的截面积即电极的截面积A(平方厘米)成反比。
R=ρl/A
式中 ρ——电阻率,也称比电阻,即1立方厘米电解质溶液的电阻,单位为欧姆-厘米。
对于一对固定的电极而言,l和A都是固定不变的,所以,l/A为常数,称为电极常数,用θ表示。
因此, L=1/R=1/ρθ
式中的1/ρ称为电导率,也称比电导,用K表示,单位为西/厘米,即是一立方厘米电解质溶液的电导,它与溶液的组成和浓度有关。
K=Lθ 即电导率=电导×电极常数
电导率既然是单位体积溶液的电导,因而溶液越浓,电导率就越大。但当浓度很大时,离子间的电引力就增大,因而电导率反而稍有减小,象纯硫酸,电导率是很低的。
为了比较各种电解质溶液的导电能力,考虑到因溶液的浓度和离子的价数不同而引起的影响,人们引入了当量电导的概念。当量电导是表征含有1克当量电解质溶液的导电能力。假设有两个互相平行的大面积电极,电极间距离为1厘米,在这两个电极之间放入含有1克当量电解质的整个溶液,这个体系的电导称为当量电导,用“λ”表示。若1000毫升溶液中含有N克当量电解质,则含1克当量电解质溶液的体积V(毫升)为V=1000/N。因此,当量电导等于电导率乘以电解质溶液的体积。
λ=KV=K1000/N
由于电解质离子彼此间相互吸引,当量电导也和溶液的浓度有关。溶液越稀,离子彼此间影响越小,在无限稀释时,当量电导达到最大值。在无限稀释情况下,电解质的当量电导最大值λ°等于正负离子当量电导之总和。
λ°=λ+°+λ-°
表12-3列出了常见离子在无限稀释情况下的当量电导值。
表12-3 无限稀溶液的离子当量电导(25℃)
阳离子 | λ+° | 阴离子 | λ-° |
H+ | 349.82 | OH- | 198 |
Li+ | 38.69 | Cl- | 76.34 |
Na+ | 50.11 | Br- | 78.4 |
K+ | 73.51 | I- | 76.85 |
NH4+ | 73.4 | NO3- | 71.44 |
Ag+ | 61.92 | ClO4- | 67.3 |
1/2Mg2+ | 53.06 | CH3COO- | 40.9 |
1/2Ca2+ | 59.50 | 1/2SO42- | 80.0 |
1/2Ba2+ | 63.64 | 1/2CO32- | 69.3 |
1/2Pb2+ | 69.5 | 1/3PO43- | 80 |
1/3Fe3+ | 68.0 | 1/4Fe(CN)64- | 110.5 |
1/3La3+ | 69.6 |