в чем измеряется электропроводность растворов

Электропроводность воды

В отдельных отраслях применяются исключительно жесткие требования к качеству водоподготовки. В частности, в микроэлектронике и фармацевтике одним из важнейших показателей является электропроводность воды. Способность специально подготовленной жидкости проводить ток и величина удельного сопротивления сказывается на эффективности некоторых технологических процессов.

Что такое электропроводность воды

Самая распространенная жидкость на Земле обладает способностью проводить постоянный или переменный ток.

Нормы электропроводимости природной воды

В Российской федерации требования к параметрам качества водоподготовки регламентируются государственными стандартами и другими документами. Удельные показатели электрической проводимости воды различного назначения устанавливаются следующими нормативно-правовыми актами в зависимости от степени чистоты:

Жесткие технологические нормы электропроводности для воды установлены на предприятиях, выпускающих компоненты для микроэлектроники. Качество жидкости используемых в производственных процессах контролируется специализированными лабораториями и использованием сложных приборов по утвержденным методикам.

Показатели электропроводности: основные факторы

В природных водоемах содержится множество растворимых примесей неорганического происхождения. Они и определяют основные физические свойства вода, и в том числе электропроводность. Величина последней находится в прямой зависимости от ряда факторов:

При повышении температуры электропроводность воды существенной возрастает по причине роста скорости ионов, снижения их сольватированности и уменьшения показателей вязкости. При этом рост проводимости, связанный с увеличением концентрации катионов и анионов, наблюдается только до определенного предела. Достигнув максимума, она начинается уменьшаться, что обусловлено усилением взаимодействия заряженных частиц между собой и снижением степени диссоциации.

Определение показателей электропроводности воды

Уровень сопротивления жидкости электрическому току измеряется при помощи специальных приборов. Для количественного определения уровня электропроводности воды используются единицы измерения, установленные международной системой СИ. Применение унифицированных методов и стандартов в этой сфере упрощает лабораторные исследования и понимание получаемых результатов.

Единицы измерения

Для удобства в качестве единицы электропроводности воды используют производную, которая составляет одну десятитысячную от основной и записывается как мкСм/см.

Удельное сопротивление жидкости определяется в значительной мере уровнем минерализации. В США для измерения проводимости воды вместо мкСм/см используют величину TDS, указывающую на содержание растворимых солей. Этот показатель рассчитывается в частях на миллион и записывается как ppm. Для перевода этой единицы в международную используется корректирующий коэффициент.

Методы измерений и используемые приборы

В нашей стране удельная проводимость и водородный показатель жидкости определяются электрометрическим способом. Для того чтобы точно рассчитать электропроводность воды специалисты пользуются методикой, установленной РД 52.24.495-2005. Действие этого документа распространятся на поверхностные источники водоснабжения и стоки.

Для измерения электропроводности воды применяется откалиброванный кондуктометр с электродами из нержавеющей стали. Для калибровки прибора используется стандартный раствор с показателем не менее 1500 мкСм/см, при этом отклонение от номинала не должно превышать 2%.

В ходе измерений удельной электропроводности воды фиксируется ее температура, а искомая величина определяется при помощи специальных таблиц. В случае если используются приборы с температурной компенсацией, то на экране сразу же появляется истинное значение, что существенно упрощает процесс.

Снижение электропроводимости воды: профессиональные методы

Современные системы водоподготовки обеспечивают требуемые показатели качества. Для того чтобы уменьшить электропроводность воды в таких установках используются следующие методы очистки:

Перечисленные технологии различаются по уровню эффективности и технико-экономическим параметрам. Выбор того или иного метода осуществляется с учетом показателей проводимости воды, необходимых заказчику. Рассмотрим подробнее возможности и особенности каждого из представленных способов.

Обратный осмос

Суть метода состоит в использовании полупроницаемых мембран для получения пермеата высокой очистки. В процессе обратного осмоса проводимость воды существенно уменьшается по причине ее глубокой деминерализации. Современные промышленные установки обратного осмоса отделяют до 99,9% всех примесей, в том числе и солей жесткости. Такие системы отличаются производительностью до 1000 л/ч.

Показатели электропроводности осмотической воды в зависимости от модели используемой установки колеблется в пределах от 0,1 до 5 мкСм/см. Пермеат без дополнительной обработки относиться к первой степени очистки, и может использоваться в медицине, фармацевтике и других высокотехнологичных отраслях промышленного производства. Обратноосмотические установки в настоящее время являются основными источниками очищенной воды.

Электродеионизация

В настоящее время разрабатываются и внедряются технологии глубокой очистки жидкостей от солей. Необходимые физические свойства воды, в том числе электропроводность на уровне 0,055 мкСм/см, обеспечивает метод электродеионизации. Водоподготовка с его использованием проводится в три этапа:

Очищенная и деионизированная вода обладает крайне низкой проводимостью, что позволяет ее использовать в качестве растворителей для лекарственных препаратов. Промышленные установки электродеионизации имеют высокую производительность и могут использоваться на предприятиях теплоэнергетики.

Ионный обмен

Иониты производятся на основе сетчатых полимеров, которые имеют микропористую или сетчатую структуру. Материал имеет ковалентную связь с ионогенными группами, которые в процессе диссоциации образуют пару из свободного и фиксированного иона с противоположным зарядом. Последний закреплен на полимере.

В результате ионообменного процесса заметно снижается электропроводность воды и уровень ее минерализации. Заряженные частицы из жидкости диффундируют вначале к поверхности, а затем и внутрь сорбента. Со временем способность засыпки поглощать ионы из жидкости снижается и для ее восстановления проводится регенерация с использованием рабочих растворов.

Удельная электрическая проводимость в воде

Компания Diasel Engineering предлагает эффективные технические решения по уменьшению удельной электрической проводимости воды. Предприятие осуществляет поставки оборудования систем обратного осмоса, электродеионизации и ионного обмена. Наши специалисты выполняют монтаж установок водоподготовки, необходимые пусконаладочные работы и обеспечивают их техническое обслуживание.

Источник

В чем измеряется электропроводность растворов

10. Электропроводность растворов электролитов

,

,

Эквивалентная электропроводность растворов электролитов возрастает с ростом разбавления раствора и при бесконечном разбавлении (т.е. при бесконечно малой концентрации) достигает предельного значения 0. которое называется эквивалентной электропроводностью раствора при бесконечном разведении.

В разбавленных растворах сильных электролитов выполняется эмпирический закон Кольрауша (закон квадратного корня):

,

В растворах слабых электролитов и 0 связаны со степенью диссоциации электролита уравнением Аррениуса:

.

Кроме того, выполняется закон разведения Оствальда, который для бинарного электролита записывается следующим образом:

,

_i = u_iF.

Согласно закону Кольрауша о независимой миграции ионов, эквивалентная электропроводность раствора при бесконечном разведении равна сумме предельных подвижностей катионов и анионов:

0 = 0 ₊ + 0 _—.

Доля тока, переносимая данным ионом, называется числом переноса t_i иона:

,

причем по определению .

Согласно закону Стокса, предельная подвижность 0 иона с зарядом z и радиусом r в растворителе с вязкостью h описывается формулой:

,

_i 0

Из этого уравнения следует правило Вальдена-Писаржевского, согласно которому для любого иона или электролита:

.

= / ₀ = 3.55/387.0 = 0.009.

0 (BaCO₃) = 0 (Ba 2+ ) + 0 (CO₃ 2- ) =

= / 0 = 62.5/107.2 = 0.583.

10-6. Какую долю общего тока переносит ион Li + в водном растворе LiBr при 25 o C? (ответ)

10-8. Рассчитать скорость движения иона Rb + в водном растворе при 25 o C, если разность потенциалов 35 В приложена к электродам, находящимся на расстоянии 0.8 см друг от друга. (ответ)

10-9. Рассчитать скорость движения иона Na + в водном растворе при 25 o C, если разность потенциалов 10 В приложена к электродам, находящимся на расстоянии 1 см друг от друга. Сколько времени понадобится иону, чтобы пройти расстояние от одного электрода до другого?(ответ)

10-13. Оценить предельную подвижность иона K + в формамиде и метилацетате, если вязкость формамида в 3.7 раз больше, а вязкость метилацетата в 2.6 раз меньше, чем вязкость воды. (ответ)

Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору

Источник

СОДЕРЖАНИЕ

Единицы

СИ единицей проводимости является S / м и, если иное квалификацию, он не относится к 25 ° C. Чаще встречается традиционная единица измерения мкСм / см.

Преобразование проводимости в общее количество растворенных твердых веществ зависит от химического состава образца и может варьироваться от 0,54 до 0,96. Как правило, преобразование выполняется, предполагая, что твердым веществом является хлорид натрия, т.е. 1 мкСм / см в этом случае эквивалентно примерно 0,64 мг NaCl на кг воды.

Измерение

На рынке имеется широкий выбор приборов. Чаще всего используются два типа электродных датчиков: электродные датчики и индукционные датчики. Электродные датчики со статической конструкцией подходят для низкой и средней проводимости и существуют в различных типах, с 2 или 4 электродами, где электроды могут быть расположены напротив друг друга, плоские или в цилиндре. Электродные ячейки с гибкой конструкцией, в которой расстояние между двумя противоположно расположенными электродами может варьироваться, обеспечивают высокую точность и также могут использоваться для измерения высокопроводящих сред. Индуктивные датчики подходят для жестких химических условий, но требуют большего объема пробы, чем электродные датчики. Датчики проводимости обычно калибруются растворами KCl известной проводимости. Электролитическая проводимость сильно зависит от температуры, но многие коммерческие системы предлагают автоматическую температурную коррекцию. Таблицы эталонных проводимостей доступны для многих распространенных решений.

Определения

Сопротивление R пропорционально расстоянию l между электродами и обратно пропорционально площади поперечного сечения образца A ( обозначено буквой S на рисунке выше). Записывая ρ (rho) для удельного сопротивления (или удельного сопротивления ),

Удельная проводимость (проводимость) κ (каппа) обратно пропорциональна удельному сопротивлению.

Теория

Сильные электролиты

Сильные электролиты предположили диссоциируют полностью в растворе. Электропроводность раствора сильного электролита при низкой концентрации подчиняется закону Кольрауша.

Однако по мере увеличения концентрации проводимость больше не увеличивается пропорционально. Более того, Кольрауш также обнаружил, что предельная проводимость электролита;

В следующей таблице приведены значения предельной молярной проводимости для некоторых выбранных ионов.

Интерпретация этих результатов была основана на теории Дебая и Хюккеля, что привело к теории Дебая-Хюккеля-Онзагера:

Слабые электролиты

Различные растворители демонстрируют одинаковую диссоциацию, если отношение относительных диэлектрических проницаемостей равно отношению кубических корней концентраций электролитов (правило Вальдена).

Более высокие концентрации

Существование так называемого минимума проводимости в растворителях с относительной диэлектрической проницаемостью ниже 60 оказалось спорным вопросом с точки зрения интерпретации. Фуосс и Краус предположили, что это вызвано образованием ионных триплетов, и это предположение недавно получило некоторую поддержку.

Системы смешанных растворителей

Проводимость в зависимости от температуры

Обычно проводимость раствора увеличивается с повышением температуры, так как подвижность ионов увеличивается. Для сравнения эталонные значения указаны при согласованной температуре, обычно 298 K (≈ 25 ° C или 77 ° F), хотя иногда используется 20 ° C (68 ° F). Так называемые «компенсированные» измерения выполняются при удобной температуре, но сообщаемое значение является расчетным значением ожидаемого значения проводимости раствора, как если бы оно было измерено при эталонной температуре. Базовая компенсация обычно выполняется, исходя из предположения, что линейное увеличение проводимости в зависимости от температуры обычно составляет 2% на Кельвин. Это значение широко применимо для большинства солей при комнатной температуре. Определить точный температурный коэффициент для конкретного раствора просто, и приборы, как правило, могут применять производный коэффициент (т.е. отличный от 2%).

Изотопный эффект растворителя

Изменение проводимости из-за изотопного эффекта для дейтерированных электролитов является значительным.

Приложения

Несмотря на сложность теоретической интерпретации, измеренная проводимость является хорошим индикатором присутствия или отсутствия проводящих ионов в растворе, и измерения широко используются во многих отраслях промышленности. Например, измерения электропроводности используются для контроля качества воды в коммунальном водоснабжении, больницах, котловой воде и в промышленности, которая зависит от качества воды, например, в пивоварении. Этот тип измерения не зависит от ионов; иногда его можно использовать для определения общего количества растворенных твердых веществ (TDS или TDS), если известны состав раствора и его поведение проводимости. Измерения проводимости, проводимые для определения чистоты воды, не будут реагировать на непроводящие загрязнения (многие органические соединения попадают в эту категорию), поэтому в зависимости от области применения могут потребоваться дополнительные испытания на чистоту.

Иногда измерения проводимости связаны с другими методами, чтобы повысить чувствительность обнаружения определенных типов ионов. Например, в технологии котловой воды продувка котла постоянно контролируется на предмет «катионной проводимости», то есть проводимости воды после того, как она прошла через катионообменную смолу. Это чувствительный метод контроля анионных примесей в котловой воде в присутствии избытка катионов (в составе подщелачивающего агента, обычно используемого для обработки воды). Чувствительность этого метода зависит от высокой подвижности H + по сравнению с подвижностью других катионов или анионов. Помимо катионной проводимости, существуют аналитические приборы, предназначенные для измерения проводимости по дегазации, где проводимость измеряется после удаления растворенного диоксида углерода из образца путем повторного кипячения или динамической дегазации.

Источник

Электропроводность и удельное сопротивление водной среды: основные факторы влияния и особенности измерения

Требования к качеству воды в некоторых сферах деятельности человека являются довольно строгими – к примеру, это касается таких сфер, как фармацевтика, пищепром, микроэлектроника и т. д. И в числе наиболее важных параметров, изучаемых в ходе исследования водной среды, находятся электропроводность (проводимость) и удельное сопротивление. Именно свойство жидкой среды проводить электроток имеет сильное и во многом решающее влияние на правильность прохождения множества технологических процессов. Не случайно данная физическая способность воды находит обязательное отражение в различных регламентирующих документах в виде определённых нормативов. Поговорим о ключевых факторах, определяющих удельное сопротивление и электропроводность, единицах, в которых выражаются их значения, а также специальных профессиональных приборах, предназначенных для эффективного контроля этих параметров.

Что понимают под электропроводностью воды

Всем известен тот факт, что вода наделена способностью проводить электрический ток – переменный либо постоянный. Об этом нам твердили ещё на школьных уроках безопасности жизнедеятельности. Количественная характеристика этой способности как раз и называется электропроводностью или электропроводимостью. Проводимость характеризуется наличием позитивно либо отрицательно заряженных частиц – ионов. Причём показатель электропроводности находится в зависимости от концентрации в жидком образце ионов разной заряженности, то есть, по сути наличия таких «загрязнителей», как соли, щелочи либо кислоты. Тем самым, проводимость прямо связана с показателями солесодержания. Удельная электропроводность состоит в обратной зависимости с другой величиной – сопротивлением. Её значение служит важным критерием в ходе оценивания качества ультрачистой воды.

Стандарты электропроводимости природной воды, принятые в России

В нашей стране, как уже было сказано, параметры качества воды при водоподготовке регулируются посредством госстандартов и другой разрешительной документации. Между тем, показатели электропроводимости зависят от того, в какой сфере и для чего планируется использование водного сырья. Так, к примеру, для лабораторных анализов ГОСТом 52501-2005 установлены пределы не выше 0.1 и 1.0 мкСм/см, в зависимости от того, какова степень чистоты воды – первая либо вторая. Дистиллированная вода, согласно ГОСТу 6709-97, должна демонстрировать значения ниже 5*10-4 См/см. Что же касается воды, предназначенной для применения в фармацевтике, то проводимость тока для неё, в соответствии с ФС 2.2.20020.15, не может быть выше 4.3 мкСм/см.

Помимо фармацевтики, крайне жёсткие технологические стандарты воды приняты на предприятиях, которые производят различные составляющие для микроэлектроники. Вот почему для анализа качества водоподготовки здесь служат не просто контрольно-измерительные приборы, а целые специализированные лаборатории, укомплектованные сложным и высокоточным оборудованием, работающим в соответствии с утверждёнными алгоритмами.

Какие факторы имеют влияние на значения электропроводности

Главные физические свойства водной среды определяются с учётом растворимых неорганических примесей, которые в ней содержатся. Не является исключением и электропроводность. Её величина прямо зависит от таких условий, как степень нагрева (температура) среды, состав ионов и их природа, а также содержание заряженных частиц. Причём не все из них оказывают одинаковое влияние на данный физический параметр жидкости: к примеру, удельное сопротивление жидкости почти не зависит от небольших концентраций марганца и алюминия в ней, в то время как наиболее «влиятельными» являются соли жёсткости – катионы натрия, аниона хлора и прочие.

С увеличением степени нагрева жидкости возрастает скорость движения ионов, а также меняются некоторые их свойства, поэтому электропроводность раствора также значительно возрастает. Что же касается зависимости электропроводимости от концентрации катионов и анионов, то рост возможен лишь до определённого порога, по достижении которого проводимость начинает снижаться. При повышении температуры сверхчистой воды всего на 1 С проводимость возрастёт уже на 6%. Вот почему для получения действительно корректных измерений следует приводить анализируемый образец к температуре 25 С. Благо, современные приборы для определения проводимости – кондуктометры – способны выполнять это в автоматическом режиме, с помощью встроенной температурной компенсации. Однако для достижения максимально достоверных результатов при исследованиях электропроводности непременно измеряют и температуру образцов.

Единицы измерения электропроводности воды

Как мы уже говорили, степень сопротивления воды электротоку определяют посредством особых приборов. Для этого приняты единицы измерения, которые определены и унифицированы по международной системе СИ – для упрощения исследований и их дальнейшего анализа. В России единицей исследования проводимости служит См/м (Сименс на метр). Название этой единицы принято в честь основателя компании Сименс – Эрнста Вернера фон Сименса, именитого немецкого учёного и изобретателя. С удельным сопротивлением этот параметр соотносится как 1 См/м = 1/1 Ом/м. Для определения проводимости в нашей стране применяют кондуктометры, дополненные датчиками проводимости.

В Соединённых Штатах Америки вместо мкСм/см для выявления электропроводности применяют параметр TDS, который измеряется в ppm и характеризует содержание в жидкости растворимых солей. Так или иначе, перевести любую «местную» единицу проводимости в международную можно, используя таблицы корректирующих коэффициентов.

Источник