Ионная проводимость

Ионная проводимость обусловлена дрейфом — направленным движением положительных и отрицательных ионов под действием приложенного электрического поля и разряжением их на электродах. Ионы образуются в результате электролитической диссоциации (рас­пада) ионогенных веществ (ионной примеси) под действием поляр­
ных молекул среды (растворителя). Ионогенная примесь между атома­ми (ионами) имеет химическую связь: ионную (например, NaCl) или ковалентную, сильно полярную (например, Н₂0).

Если примесь имеет ионную связь (например, NaCl), то меха­низм электролитической диссоциации выглядит так, как показано на рис. 3.6. Полярные молекулы растворителя (внешней среды) притя­гиваются ионами, находящимися в узлах кристаллической решетки, ориентируются возле этих ионов и, в свою очередь, притягивают их к себе. Притягивая ионы решетки к себе, молекулы растворителя ос­лабляют связь между ними, в результате чего ионы отделяются от ре­шетки и переходят в растворитель. Переходящие в растворитель ионы остаются связанными с его полярными молекулами.

Рис. 3.6. Механизм электролитической диссоциации примеси с ионной связью

© о©<з> © (а) 0

Если примесь состоит из полярных молекул, то полярные мо­лекулы растворителя (среды) ориентируются вокруг диссоциируе­мой молекулы и ослабляют ковалентную связь между ее атомами (рис. 3.7). В результате молекула распадается на ионы, которые оста­ются связанными с полярными молекулами растворителя.

^ гР ©

<O><tj)O-^O©0O-^O©C3> ©0©

0 0 ь ©

Рис. 3.7. Механизм электролитической диссоциации примеси, состоящей из свободных полярных молекул

Процесс электролитической диссоциации обратим и приводит к состоянию равновесия между недиссоциированными молекулами и ионами

АБ ^ А++Б-.

Количественной характеристикой способности вещества диссо­циировать на ионы является степень электролитической диссоциа­ции а. Степень электролитической диссоциации а — это отношение числа молекул, распавшихся на ионы, к общему числу молекул рас­творенной ионогенной примеси, измеряется в долях единицы или в процентах. При а = 0 диссоциация отсутствует, при а = 1 (или 100 %) вещество диссоциировано полностью.

Органические кислоты, фенолы, амины, некоторые неорганиче­ские кислоты и основания (например, угольная кислота) и некото­рые соли (например, хлорная ртуть) являются очень слабыми элек­тролитами и имеют низкую степень электролитической диссоциа­ции. Вода — одна из основных полярных примесей в диэлектриках, практически всегда присутствующая в них. И хотя вода, так же как органические кислоты, фенолы, амины и т. п., имеет невысокую сте­пень электролитической диссоциации (при 22 °С из 5,55 10⁸ молекул воды диссоциирует только одна), тем не менее ее присутствие в жид­ких (и твердых) диэлектриках приводит к существенному увеличе­нию электропроводности, особенно при повышенных температурах, фактически определяя удельную электропроводность неполяр­ных диэлектриков. Степень диссоциации воды при нагревании от 0 до 100 °С увеличивается почти на два десятичных порядка. При этом при низких температурах вода проявляет свойства слабого ос­нования, а при высоких температурах — свойства слабой кислоты (табл. 3.1).

Таблица 3.1 Диэлектрическая проницаемость е, степень электролитической диссоциации а, произведение концентраций Н⁺ и ОН" К_ь и водородный показатель рН воды при различных температурах

Г, °с		а		рН
	88,3	6,09-Ю"^10	0,11 10~^14	7,97
	81,2	1,38- Ю^-9	0,57- Ю^-14	7,12
	75,5	1,80* Ю^-9	1,00-10"^14	7,00
	69,8	4,21-Ю"^9	5,47-Ю"^14	6,63
	55,1	1,38-10"^8	59,0-10"^14	6,12

Электролитическая диссоциация происходит в отсутствие элек­трического поля, а ее величина — степень диссоциации — зависит от следующих факторов: 1) полярности (е) диссоциируемой молеку­лы, 2) полярности (е) среды и 3) температуры. Чем больше поляр­ность диссоциируемых молекул, полярность среды и чем выше тем­пература, тем больше степень электролитической диссоциации и, следовательно, выше концентрация ионов и ниже удельное сопро­тивление диэлектрика.

В жидких неполярных диэлектриках ионы могут образовываться двумя путями: в результате электролитической диссоциации ионо-
генной примеси (например, воды), попавшей в диэлектрик при его получении и эксплуатации, а также в результате электролитической диссоциации свободных органических кислот и воды — продуктов термоокислительной деструкции (старения) самого вещества. В жид­ких полярных диэлектриках ионы, кроме того, образуются еще за счет диссоциации собственных полярных молекул.

Дата добавления: 2015-08-09