Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СМЕСЕЙ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Танганов Б.Б. 1 Бубеева И.А. 1
1 ФГОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления»
Представлена теоретическая модель теплопроводности, основанная на подвижности ионов с учетом характеристик отдельных сольватированных ионов и свойств растворителя. Оценена возможность получения значений коэффициента теплопроводности водных растворов смесей электролитов в рамках данной модели.
коэффициент теплопроводности
растворы электролитов
сольватированные ионы
подвижность ионов
1. Бубеева И.А. Разработка теоретической модели оценки коэффициента теплопроводности в рамках плазмоподобной концепции растворов электролитов: дис…. техн. наук. – Улан-Удэ. 2004. – 136 с.
2. Балданов М.М. Об энергетике гидратации ионов // ЖФХ. ‒ 1981. ‒ Т.55. ‒ №11. ‒ С. 2862.
3. Балданов М.М., Иванов С.В., Иванов В.Ф., Танганов Б.Б. К проблеме устойчивости состояния ионов в растворах электролитов // ЖФХ. ‒ 1995. ‒ Т.69. ‒ №3. ‒ С. 529-531.
4. Балданов М.М., Иванов С.В., Танганов Б.Б. Плазмоподобное состояние растворов электролитов и проблема вязкости // ЖОХ. ‒ 1994. ‒ Т.64. ‒ №5. ‒ С. 719-721.
5. Балданов М.М., Мохосоев М.В., Танганов Б.Б. Неэмпирический расчет сольватных чисел ионов в растворах // ДАН СССР. ‒ 1989. ‒ Т.308. ‒ №1. ‒ С. 106-110.
6. Балданов М.М., Танганов Б.Б. К проблеме сольватных чисел и масс сольватированных ионов в спиртовых растворах // ЖФХ. ‒ 1992. ‒ Т.66. ‒ №4. ‒ С. 1084-1088.
7. Балданов М.М., Танганов Б.Б., Мохосоев М.В. Плазмоподобное состояние растворов электролитов и диссипативные процессы // ДАН СССР. ‒ 1989. ‒ Т.308. ‒ №2. ‒ С. 397-401.
8. Балданов М.М., Танганов Б.Б., Мохосоев М.В. Неэмпирический расчет сольватных чисел ионов в растворах // Проявление природы растворителя в термодинамических свойствах растворов: Межвуз. сб. ‒ Иваново, 1989. ‒ С. 66-70.
9. Балданов М.М., Танганов Б.Б., Мохосоев М.В. Неэмпирический расчет сольватных чисел ионов в растворах // Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах: тезисы докл. IV Всесоюз. совещания. ‒ Иваново, 1989. ‒ ч.II. ‒ С. 174.
10. Павлов Н.Н., Балданов М.М., Лебедев В.М. Количественная оценка сольватных чисел ионов в растворах // Изв. вузов: Химия и хим. технология. ‒ 1982. ‒ Т.25. ‒ Вып. 12. ‒ С. 1468.

В ряду наиболее важных транспортных свойств как электропроводность, вязкость, диффузия и теплопроводность растворов электролитов, одним из самых интересных как с прикладной, так и фундаментальной точки зрения является теплопроводность. Теплопроводность водных растворов электролитов, несмотря на попытки многих ученых, является неизученной областью исследования. В литературных источниках встречаются значения теплопроводности только нескольких наиболее используемых электролитов, изученных в узкой области изменения температур и концентраций.

Цель исследования. Реальных попыток создать единую теоретическую модель расчета коэффициента теплопроводности растворов электролитов невозможно вспомнить, что мы и стараемся воплотить в наших работах [1].

При решении проблемы теплопроводности водных растворов смесей электролитов в рамках разработанной теоретической модели состояний ионов в растворах электролитов, основанной на концепции ионной плазмы, введены мольные доли ионных составляющих при оценке приведенных масс сольватированных и несольватированных ионов.

Материалы и методы исследования

На растворах электролитов была апробирована теоретическая модель оценки теплопроводности водных растворов индивидуальных электролитов в широком диапазоне изменения концентраций и температур. Данная модель основывается на ион-дипольном взаимодействии, учитывающемся в уравнениях для оценки сольватных чисел большинства ионов с известными радиусами, масс и радиусов сольватированных ионов. Кроме того решена проблема подвижности ионов и молекул электролитов, основанная на использовании приведенных масс и размеров гидратированных частиц, параметра Дебая и др. [2-10].

На данном этапе представляет интерес изучение возможности использования разработанной теоретической модели для оценки теплопроводности смесей электролитов.

В общем виде уравнение для определения коэффициента теплопроводности смешанных электролитов имеет вид:

tang1.wmf,

где R – газовая постоянная; T – температура, К; tang2.wmf – энергия колебательного процесса «ассоциация – диссоциация»; zie – элементарный заряд; tang3.wmf – постоянная Планка; C – концентрация раствора, моль/л; NA – постоянная Авогадро; tang4.wmf – приведенная масса несольватированных ионов; tang5.wmf – масса несольватированного иона; tang6.wmf – приведенная масса несольватированных ионов в смеси; tang7.wmf – массы несольватированных ионов в смеси; tang8.wmf – мольные доли ионов; tang9.wmf – приведенный радиус сольватированных ионов; tang10.wmf – радиус сольватированных ионов смеси электролитов; tang11.wmf – радиус сольватированных ионов электролита; p – дипольный момент молекулы растворителя; tang12.wmf – сольватное число иона; Rs – радиус молекулы растворителя; ri – радиус иона; kБ – постоянная Больцмана; ε – диэлектрическая постоянная; M – молярная масса растворителя; tang15.wmf – подвижность иона; tang16.wmf – энергия водородной связи растворителя; tang17.wmf – приведенная масса сольватированных ионов; tang18.wmf – масса сольватированного иона; tang19.wmf – приведенная масса сольватированных ионов в смеси; tang20.wmf – массы сольватированных ионов в смеси; tang21.wmf – функция максвелловского распределения по скоростям движения ионов; tang22.wmf – дебаевский радиус экранирования.

Результаты исследования и их обсуждение

Были изучены разнообразные пары смесей, которые содержали симметричные и несимметричные электролиты. В табл. 1 представлены полученные расчетные данные по теплопроводности водных растворов некоторых смесей I-I электролитов.

Таблица 1

Значения коэффициента теплопроводности водных растворов смесей I-I электролитов

Т, К

С1, моль/л

С2, моль/л

tang23.wmf, [Вт/(м×К)]

KCl и KBr

NaNO3 и KBr

NH4Cl и KBr

288

2,5

0,5

533

562

568

2,0

1,0

532

551

553

1,5

1,5

525

531

527

1,0

2,0

514

507

494

0,5

2,5

498

490

473

293

2,5

0,5

536

565

570

2,0

1,0

536

554

556

1,5

1,5

529

535

530

1,0

2,0

518

510

498

0,5

2,5

502

493

477

298

2,5

0,5

539

568

573

2,0

1,0

539

557

559

1,5

1,5

533

538

534

1,0

2,0

522

514

501

0,5

2,5

506

497

481

303

2,5

0,5

543

571

575

2,0

1,0

543

560

562

1,5

1,5

536

541

537

1,0

2,0

526

518

505

0,5

2,5

510

501

486

308

2,5

0,5

546

574

578

2,0

1,0

546

563

565

1,5

1,5

540

545

541

1,0

2,0

530

521

509

0,5

2,5

514

505

490

313

2,5

0,5

549

577

581

2,0

1,0

549

566

567

1,5

1,5

543

547

544

1,0

2,0

533

524

513

0,5

2,5

518

508

495

308

2,5

0,5

553

580

584

2,0

1,0

553

569

571

1,5

1,5

548

551

548

1,0

2,0

538

528

518

0,5

2,5

522

513

500

323

2,5

0,5

557

583

587

2,0

1,0

557

572

575

1,5

1,5

551

555

552

1,0

2,0

542

532

522

0,5

2,5

527

517

505

Также были изучены смеси из симметричных и несимметричных электролитов, содержащих многозарядные ионы. В табл. 2 представлены расчетные значения теплопроводности водных растворов таких смесей.

Таблица 2

Значения коэффициента теплопроводности водных растворов смесей II-I(III-I) и I-I электролитов

Т, К

С1, моль/л

С2, моль/л

tang25.wmf, [Вт/(м×К)]

AlCl3 и NaNO3

BaCl2 и KCl

BaCl2 и KBr

288

2,5

0,5

583

505

564

2,0

1,0

560

509

551

1,5

1,5

547

519

547

1,0

2,0

529

522

538

0,5

2,5

507

516

524

293

2,5

0,5

585

506

565

2,0

1,0

562

510

553

1,5

1,5

549

520

549

1,0

2,0

532

522

540

0,5

2,5

511

517

526

298

2,5

0,5

586

507

567

2,0

1,0

563

511

555

1,5

1,5

551

521

551

1,0

2,0

535

523

542

0,5

2,5

515

518

528

303

2,5

0,5

587

509

569

2,0

1,0

565

512

556

1,5

1,5

554

522

553

1,0

2,0

538

524

545

0,5

2,5

519

468

531

308

2,5

0,5

589

510

571

2,0

1,0

567

513

558

1,5

1,5

557

523

555

1,0

2,0

542

525

547

0,5

2,5

524

520

534

313

2,5

0,5

590

511

572

2,0

1,0

569

514

560

1,5

1,5

559

523

556

1,0

2,0

546

526

549

0,5

2,5

529

520

536

308

2,5

0,5

592

513

574

2,0

1,0

572

516

562

1,5

1,5

563

525

559

1,0

2,0

551

527

552

0,5

2,5

535

522

539

323

2,5

0,5

594

514

576

2,0

1,0

575

517

564

1,5

1,5

567

526

561

1,0

2,0

556

529

554

0,5

2,5

542

523

542

Заключение

Полученные результаты свидетельствуют о том, что теоретическая расчетная модель может применяться для оценки значений коэффициента теплопроводности смесей электролитов. Данная модель может применяться для двухкомпонентных смесей симметричных и несимметричных электролитов.

Предлагаемая модель расчета теплопроводности водных растворов смесей электролитов может быть апробирована на трехкомпонентных водных растворах электролитов. А в дальнейшем разработанная модель позволит проводить теоретические оценки температурной и концентрационной зависимости теплопроводности электролитов в смешанных растворителях. Поскольку смешанные растворители имеют ряд неоспоримых преимуществ перед индивидуальными растворителями, одним из которых является высокая растворяющая способность в отношении плохо или вовсе нерастворимых веществ в индивидуальных растворителях.


Библиографическая ссылка

Танганов Б.Б., Бубеева И.А. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СМЕСЕЙ ЭЛЕКТРОЛИТОВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 7. – С. 35-38;
URL: https://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=5384 (дата обращения: 19.01.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074