Электропроводность и характеристики носителей тока в бинарных водных растворах NaCl+KCl, KCl+MgCl2 , MgCl2 +BaCl2 и водно-органических растворах NaCl

• Автор: Фенин, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 195 с. : ил

Введение. . Ч

1. Литературный обзор

1.1. Электропроводность и структура растворов электролитов

1.1.1. Классическая теория растворов электролитов.

1.1.2. Современное состояние теории растворов электролитов

1.1.3. Структура растворов электролитов

Структура волы

Структура органических растворителей

Структура растворов электролитов.

Структура смешанных растворов электролитов

1.1.4. Связь электропроводности со структурой растворов 3

1.2. Основные свойства и электропроводность полупроводников
Энергетическая тонная структура твердых тел
Энергетическая структура и электропроводность проводников, полупроводников и диэлектриков, жидких и аморфных полупроводников
2. Механизм электропроводности растворов электролитов в приближении модели твердого тела
2.1. Вывод уравнения электропроводности растворов электролитов
2.2. Анализ корректности уравнения электропроводности.
2.3. Погрешности расчета ширины запрещенной зоны и характеристик
носителей тока.
3. Экспериментальная часть. Результаты эксперимента и предварительное обсуждение
3.1. Приготовление растворов электролитов.
3.2. Установки для измерения электропроводности растворов О О
Погрешность измерения электропроводности. 6
3.3. Измерение диэлектрических характеристик растворов 6
Диэлектрические характеристики растворов водадиоксан
3.4. Данные по электрическим характеристикам растворов
Электропроводность водных растворов бинарных
электролитов
Электропроводность КаС1 в бинарных водноорганичсских растворителях.
4. Анализ полученных результатов. Характеристики носителей тока к их
связь со структурой растворов
4.1. Водные растворы бинарных электролитов КаС1КС1, КС1МС, МСЬВаСЬ. Эффективная .масса носителей тока,
ширина запрещенной зоны, число молекул в комплексе с примесным уровнем. 9
4.2. Растворы ЫаС1 в бинарном растворителе ЮЧ
Эффективная масса носителей тока ЮН
Ширина запрещенной зоны
Число молекул в комплексе с примесным уровнем. М
4.3. Расчет электропроводности многокомпонентных растворов электролитов и сопоставление с экспериментом Юь
Выводы. .
Литература


В отдельную группу можно выделить работы, в которых дано описание электропроводности концентрированных растворов, хотя они и основаны на тех же классических представлениях. Интервал применимости данного уравнения составляет 0. Оно справедливо в интервале температур от до 0С п дает погрешность примерно 5. Большое количество эмпирических уравнений для различных систем содержится в работах Максимовой, Никольского, Сергеева и Никифорова, Натаровой . Особого внимания заслуживают работы, выполненные Кузнецовой . Х г г. Х 1. Х
граций электролита, и где эквивалентная электропроводность коррегирована на вязкость. Математическое описание этой теории очень сложное, содержит большое количество параметров и коэффициентов неявного вида. Это заставляет вспомнить высказывание Ландау, который писал, что можно . Иногда при удачном подходе удастся обосновать такую формулу. Поэтому теорию предложенную Кузнецовой, следует рассматривать как схематическое описание, тем более, что и само правило Вальдена Писаржевского вызывает большую критику со стороны исследователей. Так Фиалков и Житомирский считаю, что выполнение этого правила для многих систем является скорее исключением, чем правилом. Поэтому все теории, в основу которых положено это правило, не отражают реального механизма электропроводности. Практика добавления неопределяемых из параллельных опытов параметров маскирует основной вопрос, применима ли теория Дебая Хюхкеля для описания происходящих в растворе процессов. К тому же сам Дебай относился к своей теории как к одному из способов описания электропроводности, а не как к теории, отражающей природу пешей. К настоящему времени накоплено большое количество экспериментальных фактов, ставящих пол сомнение описание механизма электропроводноеи на основе движения ионов диссоциированного электролита. Так была обнаружена аномальная подвижность ионов ОН и Н что связывалось с особым эстафетным механизмом их движения в воде и в некоторых полярных жидкостях 9,. Герцем, была предложена теория 1, в которой, при написании уравнения электропроводности, отсутствует учет диссоциации электролита. Им было показано, что процесс прохождения тока через растворы электролитов не требует присутствия ионов в качестве носителей тока. В работах Мирцхулавы 2,3 носителем тока является квазиион. Для расчета электропроводности им применялся метод многократного взаимодействия квазиионов, имеющих дебай хюккелевский потенциал взаимодействия. Каредсон и Пальм 5, исследуя электропроводность и солевой эффект, пришли к выводу о необходимости пересмотра основных положений теории сильных электролитов. По мнению этих авторов, уже при концентрации более 0. Вводятся также понятия структурированного и деструктурированного раствора и структура проводящих ионов и непроводящих ионов. Таким образом, кроме классической теории ЭП растворов существуют теории, описывающие процесс электропроводности с учетом теории твердого тела. Существует также гипотеза 6,7, целиком основанная на предпосылках, взятых из теории твердых полупроводников. В ней рассматриваются основные типы рассеяния носителей тока, а именно на основной решетке, на решетке заряженной примеси и на нейтральных молекулах. Исходя далее из кинетического уравнения Больцмана, можно прийти к закону Ома, из которого в дальнейшем можно рассчитать величину электропроводности. Универсальность данной гипотезы заключается в том, что она справедлива для широкого интервала концентраций 4 1 мольлитр и может, описывать электропроводность растворов с любыми типами электролитов и растворителей. В рамках этой гипотезы можно рассчитывать электропроводность при любой температуре, в системах со сложными составами как растворителя, так и электролита. Однако наиболее ценно при таком подходе является то, что он позволяет определить основные характеристики носителей тока, такие как эффективная масса, длина свободного пробега, время релаксации, их подвижность, относительную концентрацию. Названная гипотеза, хотя и недостаточно проверена в экспериментах, но модель заложенная в ней, по нашему мнению является крайне интересной и нуждающейся в детальной проработке.