Электропроводность растворов и электрохимия

План:
Электропроводность растворов, основные понятия
Закон Кольрауша. Электропроводность органов и тканей
Кондуктометрический метод исследования
Потенциометрический метод исследования

Электрохимия – раздел физической химии, изучающий закономерности химических превращений при действии электрического тока и электрических явлений при химических реакциях.

Проводники
I типа
Металлы, сплавы.
Переносчики тока - элетроны
II типа
Растворы и расплавы солей, кислот, щелочей, оксидов металлов.
Переносчики тока – катионы и анионы

I = U/R – связь между сопротивлением, силой тока и потенциалом.
R = ρ ⋅ l/S – связь сопротивления от природы, длины и поперечного сечения проводника

Электропроводность (проводимость)
L = 1/R [ом-] ≡ [cм]
Удельная электропроводность
χ = 1/ρ χ = 1/R ⋅ l/S χ-каппа
Молярная электропроводность
λV = 1000 χ /C
C – 1 моль эквивалента вещества, расстояние между электродами 1м.
[ом-1⋅м2⋅моль-1] λ - лямбда

Закон Кольрауша
λ∞ = lK + lA при с→0
lK и lA – подвижности катиона и аниона
lН+ = 349,8⋅10-4; lОН- = 198,3⋅10-4 [ом-1⋅м2/моль]
α = λv / λ∞ (уравнение Аррениуса)

Организм человека можно отнести к группе своеобразных полимеров – биополимеров, это химические соединения, состоящие из большого числа структурных единиц.
Главная особенность живой ткани состоит в непрерывно совершающемся обмене веществ.

Живая ткань, особенно ткань нервной системы, обладает сложнейшей комплексной электропроводностью.
На практике в качестве диагностического признака используется величина электросопротивления биотканей, нежели проводимость.
Это удельное сопротивление
Биоткань Удельное сопротивление
Кровь 1,66 ом.м.
Нервная ткань 14,3
Мышечная ткань 2,0
Жировая ткань 33,3

Электропунктурная диагностика (ЭПД) – метод диагностики заболеваний, основанный на измерении электропроводности биологически активных точек (БАТ).
Реография – метод исследования кровенаполнения органов или отдельных участков тела на основе регистрации их импеданса (полного сопротивления биотканей).
Реокардиография – метод исследования сердечной деятельности, основанной на измерении изменений импеданса грудной клетки.
Реоэнцефалография – метод исследования мозгового кровообращения.

Кондуктометрия – метод исследования, основанный на измерении
электропроводности
Первичная Вторичная
кондуктометрия кондуктометрия
Определение α, К (кондуктометрическое
слабых электролитов титрование)
ПР осадков

NaОН + HСl → NaCl + H2O
Кривая кондуктометрического титрования.

Электрохимия изучает взаимное превращение химической энергии в электрическую и наоборот.
2 типа электрохимии
Химическая Химическая
энергия реакций реакция идет под
переходит в элект- действием элект-
рическую энергию рического тока
(гальванические эле- (электролиз)
менты, аккумуляторы)

В электрическую энергию можно превратить энергию только окислительно-восстановительного процесса.
Гальванический элемент – это устройство, в котором происходит превращение химической энергии в электрическую.
Состоит из 2-х электродов, на одном идет процесс окисления, на другом – процесс восстановления.

В гальваническом элементе есть:
- металл (электрод) – проводник I рода
- раствор электролита – проводник II рода
На поверхности контакта 2-х проводящих фаз наблюдается скачок потенциала.
Потенциал (сила, мощность) – величина, характеризующая электрическое состояние на поверхности проводника.
Сумма скачков потенциала на всех границах раздела фаз равновесной электрической системы – электродвижущая сила (ЭДС) элемента

Элемент Якоби-Даниэля

Работа гальванического элемента можно рассматривать как результат окислительно- восстановительной реакции
Zn – 2e → Zn2+ ΔGo = -146 кДж
Сu2+ + 2e → Cuo ΔGo = -66 кДж
Суммарно: Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cuo
ΔGреакции = -212 кДж
Формула гальванического элемента
- Zn / ZnSO4 // CuSO4 / Cu +
Их типы: 1) угольно-цинковые
2) щелочные (анод из MnO2, катод Zn, электролит – щелочь)
3) концентрационные и др.

ЭЛЕКТРОДЫ:
Стандартный водородный
2Н+ + 2е ↔ Н2
2Н+/Н2, Е=0 (для стандартных условий)
Металлические электроды
Ме – Zе ↔ МеZ+
МеZ+/Ме
3. Электроды сравнения (каломельный, хлорсеребряный)
Ag / AgCl / HCl / исслед. раствор
Ионоселективные электроды
Они реагируют только к концентрации отдельных ионов
Пример, водородселективный стеклянный электрод
Ag / AgCl / HCl / стекло / изучаемый раствор
внутренний электрод сравнения

Петерс развил теорию Нернста для ОВР

ЭДС = ∆Е = Ек – Еа
ЭДС можно измерить в гальваническом элементе, а можно рассчитывать по потенциалам электродов.
Например, для элемента Якоби-Даниэля

Потенциометрия – метод исследования, в основе которого лежит измерение ЭДС гальванического элемента, составленного из индикаторного электрода и электрода сравнения.
На основании измеренной ЭДС находят потенциал индикаторного электрода, затем по уравнению Нернста-Петерса активность ионов
Потенциал индикаторного электрода позволяет определить конечную точку титрования

Определение рН раствора
гальванический элемент
Для 2Н+ + 2е ↔ Н2