Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ В РАМКАХ ПЛАЗМОПОДОБНОЙ КОНЦЕПЦИИ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Танганов Б Б, Бубеева И А, Багаева Т В,

3.2. Теплопроводность неводных растворов электролитов

Использование разработанного комплекса теоретических методов получения значений коэффициента теплопроводности позволяет определять данные для индивидуальных и смешанных водных растворов электролитов.

В данном параграфе определяется возможность применения теоретической модели для оценки коэффициента теплопроводности электролитов в органических растворителях.

Примененный комплекс расчетных методов для оценки коэффициента теплопроводности растворов электролитов в диапазоне температур и концентраций дает удовлетворительные данные в таких растворителях, как метанол, этанол, пропанол, бутанол. Теоретическая оценка теплопроводности проводилась по уравнению плазмоподобной теории электролитов (описанной в главе II), разработанной для водных растворов электролитов и учитывающей характеристики растворителя.

Были исследованы неводные растворы электролитов I–I,
II–I, I–II, характеристики которых представлены в [95]. Изучалась зависимость коэффициента теплопроводности неводных растворов электролитов от температуры, концентрации и характеристик ионов и растворителя. Диапазон температур составил от 288 до 323 К и интервал концентраций 0,0001–1 моль/л.

В табл. 3.5 приведены величины теплопроводности электролита I–I (LiCl) в метаноле и пропаноле при С = 0,001 моль/л в диапазоне температур 288–323 К.

Таблица 3.5

Значения теплопроводности LiCl
в метаноле и пропаноле [Вт/(м⋅К)]

В табл. 3.6 приведены величины теплопроводности электролитов I–I – галогенидов ионов щелочных металлов Na+ и K+ и иона аммония в этаноле при С = 0,001 моль/л.

Таблица 3.6

Значения теплопроводности NaBr, KI, NH4Cl
в этаноле [Вт/(м⋅К)]

В табл. 3.7 приведены величины теплопроводности электролитов I–I – галогенидов ионов щелочных металлов Na+ и K+ и иона аммония в бутаноле при С = 0,001 моль/л.

В табл. 3.8 приведены величины теплопроводности электролитов I–I – нитратов ионов щелочных металлов Li+, Na+ и K+ и иона аммония в спиртах при температуре Т = 288К.

В табл. 3.9 приведены величины теплопроводности электролитов II–I – сульфатов ионов щелочных металлов Li+, Na+ и K+ и иона аммония в спиртах при Т = 293К.

В табл. 3.10 приведены величины теплопроводности электролитов I–II – хлоридов ионов щелочноземельных металлов в спиртах при Т = 298К.

Таблица 3.7

Значения теплопроводности NaBr, KI, NH4Cl в бутаноле [Вт/(м⋅К)]

Таблица 3.8

Значения теплопроводности
LiNO3, NaNO3, KNO3, NH4NO3 в спиртах [Вт/(м⋅К)]

Таблица 3.9

Значения теплопроводности
Li2SO4, Na2SO4, K2SO4, (NH4)2SO4 в спиртах [Вт/(м⋅К)]

Из вышеприведенных таблиц видно, что теплопроводность электролитов I–I, II–I, I–II в спиртах различных концентраций увеличивается при повышении температуры.

Увеличение теплопроводности с повышением температуры объясняется тем, что с повышением температуры уменьшается вязкость, нарушается структура раствора, повышается кинетическая энергия ионов и молекул, при высоких температурах разрушаются сольватные оболочки ионов, что способствует росту теплопроводности раствора.

Также данные таблиц свидетельствуют о том, что теплопроводность симметричных и несимметричных электролитов в спиртах уменьшается с увеличением концентрации раствора во всем исследованном диапазоне температур.

Таблица 3.10

Значения теплопроводности
BeCl2, MgCl2, CaCl2, SrCl2, BaCl2 в спиртах [Вт/(м⋅К)]

Уменьшение теплопроводности с ростом концентрации можно объяснить её связью со структурой жидкости. Общепризнанно, что в полярных жидкостях, таких как спирты, существует квазикристаллическая структура, вызванная ближней упорядоченностью. При добавлении электролита в спирт ионы стремятся разрушить существующую ближнюю упорядоченность и создать новую структуру, в которой диполи растворителя ориентированы вокруг каждого иона. При повышении концентрации этот эффект увеличивается, большая часть молекул растворителя находится в сольватных оболочках ионов и не может участвовать в процессе переноса тепла. Находясь в растворе ион как бы экранирует передачу тепла от одной молекулы к другой, что в конечном счете уменьшает теплопроводность раствора.