Кондуктометрический способ определения коэффиента диффузии в жидких средах

 

ОПИС

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских (и)649988

Социалистических

Республик (б1) Дополн(ичельное к авт. свид-((зу— (22) Заявлено 10.01.77 (21) 2439717/18-25 с (присоединением заяв(ки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 28.02.79. Бюллетень ¹ 8 (45) Дата опубликования описания 25.04.79 (51) М.Кл.2 G 01 N 13/00

Государстееиимй комитет

IIo делам изобретеиий и открытий (53) УД К 543.542 (088.8) (72) Авторы (изобретения

В. Н. Скобелев, А. А. Молохов, А. Б. Порай-Кошиц и А. М. Сазонов (71) Заявитель Северо-Западный заочный политехнический институт (54) КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ

В ЖИДКИХ СРЕДАХ

D., =

elf с (и") C C=(7,t) C C () 15

25

Изобретение относится к технике измерения коэффициентов диффузии в жидких средах, например, неэлектролитов, и может быть использовано в ряде отраслей химической технологии, а также в практике аналитических лабораторий.

Известен способ определения коэффициента диффузии неэлектролитов — способ пористой диафрагмы (1).

Способ пористой диафрагмы принадлежит к числу относительных методов и требует калибровки по эталонным растворам с известными коэффициентами диффузии и позволяет получать преимущественно интегральные коэффициенты диффузии, т. е. дважды усредненные (по времени и концентрации) величины. При этом точность данного метода зависит от концентрации раствора и уменьшается с перепадом концентрации между двумя сторонами ячейки с диафрагмой, что не позволяет надежно исследовать область разбавленных ((10 м) растворов.

Наиболее близким техническим решением является кондуктометрический способ определения коэффициента, диффузии, применимый к электролитам (2).

Цель предлагаемого изобретения — расширение диапазона исследуемых материалов.

Для этого одну из кювет диффузионной ячейки заполняют исследуемым неэлектролитом, а другую — электролитом с известным коэффициентом диффузии и после образования диффузионного столба измеряют изменение концентрации электролита во времени, по величине которого определяют коэффициент диффузии исследуемого неэлектролита по формуле

10 где В(и D — коэффициенты диффузии электролита и неэлектролита соответственно;

Ci() и С 0 — начальные концентрации растворов электролита и неэлектролита;

C":(Z,t) — значение концентра ц и и электролита в одном из контрольных сечений для момента времени, соответствующего максимальной крутизне;

erf c(u" ) — дополнительный интеграл вероятностей, равный

649988

Cl(zit) = Clo

С,.(2)/) = С, (0(Z(); (— - (Z(0); — О, С,(О,t) =- Cz(0,8). с,(zit) = с„—

erf с(и) =1 — erf(u) = . е — dx.

5

Предлагаемый способ поясняется чертежом, на котором изображена кондуктометрическая диффузионная ячейка.

Она состоит из скользя щей пластины 1 с верхней кюветой, неподвижной пластины 2 с верхней кюветой, неподвижной пластины

2 с нижней кюветой, верхней и нижней пары электродов 8.

Способ определения коэффициента диффузии неэлектролитов заключается в следующем.

Берут растворы определенной концентрации электролита и исследуемого неэлектролита и производят заливку верхней и нижней кювет кондуктометрической ячейки. При этом в нижней кювете должен быть раствор (электролит или неэлектролит), имеющий большую плотность. После совмещения верхней кюветы с нижней, т. е. образования жидкостного диффузионного столоа с разрывом концентраций по границе раздела, приступают к исследованию кондуктометрическим методом изменения поля концентрации электролита в контрольных сечениях, образуемых плоскостями первой и второй пар электродов верхней кюветы. Практически измерения сводятся к регистрации после совмещения кювет времени достижения заданного значения концентрации C"(Zit) в контрольных образцах и расчету коэффициента диффузии неэлектролита по формуле

D, (1)

erfc(u":) - 4О

Cip Сз(Я t} С Cz0 где Си и C o — начальные концентрации растворов электролита и неэлектролита;

Di и D2 — коэффициент диффузии электролита;

С (Zit) — значение концентра ц и и электролита в одном из контрольных сечений для момента времени, соответствующего максимальной крутизне;

erf с(и":) — дополнительный интеграл вероятностей, равный

eef с(с) = 1 — ег)(и) = = ) е " dx. и 60

Приведенная расчетная формула (1) вытекает из решения задачи о массообмене между двумя соприкасающими полубесконечными средами, диффузия в которых про- 65 текает в направлении оси Z в соответствии с уравненями Фика

Sef (Zft) У C i(Z) f)

oe (Z,f} Ус,(Z,t) — — =D ;t) О,Z 0 с граничными и начальными условиями следующего вида

oC,(сс, 3) 3С.,(— ж,t)

При выполнении условия сохранения потока вещества сверху вниз и снизу вверх

ВС, (P,C) ВС,CO,C) ЕГ fiZ это решение может быть записано для полей концентраций выше и ниже границы раздела в следующем виде

1+-- P/D, D., 10 - .erfc(,Z)0 (2) В,t

C2(Z1t) =

c„— c, )z

erf с,, Z(0

1-+ PDz D, К е

Таким образом, по экспериментально измеренному характеру изменения со временем концентрации C)(z)t) в жидкости (электролите) с известным коэффициентом диффузии D, можно по одному из уравнений (2) или (3) рассчитать согласно формуле (1) неизвестный коэффициент диффузии исследеумой жидкости (неэлектролита), находящейся по )другую сторону от поверхности раздела.

Предлагаемый способ измерения коэффициентов диффузии значительно расширяет возможности кондуктометрического способа измерения, применяемого до настоящего времени только к электролитам.

При этом предлагаемый способ измерения сохраняет достоинства кондуктометрического способа, а именно его высокую точность и чувствительность, позволяющую исследовать весьма важную в теоретическом отношении область разбавленных растворов. Кроме того, предлагаемый способ измерения позволяет изучать массооб649988

Формула изобретения

D, erf с (и"") (C С""(Z t) C,(C, 1

Составитель С. Беловодченко

Техред А. Камышникова

Корректор С. Файн

Редактор Б. Павлов

Заказ 47/174 Изд. ¹ 173 Тираж 1089 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. <Патент» мен в мутных и оптически непрозрачных средах, где оптические способы измерения диффузии принципиально не применимы.

Кондуктометрический способ определения коэффициента диффузии в жидких средах, отличающийся тем, что с целью расширения диапазона исследуемых материалов, одну из кювет диффузионной ячейки заполняют исследуемым неэлектролитом, а другую — электролитом с известным коэффициентом диффузии и после образования диффузИонного столба измеряют

15 изменение концентрации электролита во времени, по величине которого определяют коэффициент диффузии исследуемого неэлектролита по формуле: где D(и D2 — коэффициенты диффузии электролита и неэлектролита соответственно;

С(о и C o — начальные концентрации растворов электролита и неэлектролита;

С"(Z(t) — значение концентра ц и и электролита в одном пз контрольных сечений для момента времени, соответствующего максимальной крутизне;

erf с(и") — дополнительный интеграл вероятностей, равный

2 ег(с(и)=1 — ег!(и)=, ) e — " d.c.

1 —

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Робинсон P., Стокс P. Растворы электролитов, М., 1963, с. 298 †3.

2. Amer. Chem. Soc. 5, 381, 1949.