4.6.1. Ph−ơng pháp đo
Độ dẫn điện đ−ợc đo bằng cầu dòng xoay chiều (mục đích là không làm xuất hiện gradien thế hoá học khi các ion chuyển động).
Nguyên tắc của phương pháp là dùng cầu Kohlrausch để đo
điện trở của dung dịch, sau đó tính ra độ dẫn điện.
Sơ đồ cầu Kohlrausch đ−ợc trình bày nh− hình 4.6.
Hình 4.6. Sơ đồ đo độ dẫn điện bằng cầu Kohlrauch
Rc, Rd: điện trở biến đổi đ−ợc Ra: điện trở so sánh, E: dao động kí
Khi cầu cân bằng E = 0. Theo định luật Kirchhoff ta có:
x c a c
x
a d d
R R R R
R = R R = R mà Rx = ρ.
s l R s
l
x
1 .
=
χ
Đại l−ợng l/s = K gọi là hằng số bình và đ−ợc xác định nhờ dung dịch điện li chuẩn đã biết χm.
χ = K/ Rx (4.16)
Ngày nay, để đo độ dẫn điện người ta dùng các thiết bị đo độ dẫn điện (Conductometer) hiện đại có kết nối với vi tính để xử lí kết quả.
Hình 4.7. Máy đo độ dẫn điện 4.6.2. ứng dụng của phép đo độ dẫn điện
Phép đo độ dẫn điện có nhiều ứng dụng trong thí nghiệm và trong thực tế. Nhờ phép đo độ dẫn điện người ta có thể xác định độ
điện li α, độ tan của các chất ít tan, sử dụng trong phương pháp chuẩn
độ điện thế.
4.6.2.1. Xác định độ phân li α của chất điện li yếu
Đối với chất điện li yếu ta có:
λc = α (U + V) trong U, V cũng đ−ợc gọi là linh độ cation và anion.
suy ra α = V U
C
+
λ hay α =
− + +λ λ
λC λ+ , λ- có thể tra bảng
4.6.2.2. Tính độ tan của chất ít tan
Ví dụ xác định độ tan của muối AgCl. Nếu gọi S là độ tan của muối khó tan (đương lượng g/l). Vì muối ít tan nên mặc dù ở độ bão hoà, dung dịch vẫn rất loãng. Lúc đó độ tan của nó chính bằng nồng
độ của nó trong dung dịch.
Ta cã: λ = C
χ .1000 = S
χ .1000
Vì khó tan, nên l−ợng AgCl trong dung dịch rất ít (nồng độ rất loãng), do đó số muối tan coi nh− phân li hoàn toàn (α ~ 1) nghĩa là λ = λ0
Mặt khác λ0 = U + V
S = V U +
χ .1000
4.6.2.3. Xác định thành phần của phức chất
Phương pháp đo độ dẫn điện là một trong các phương pháp nghiên cứu phức chất, nghiên cứu các tính chất của phức chất, xác
định cấu trúc của phức chất và tính hắng số không bền. ở cùng độ pha loãng, độ dẫn điện phân tử tăng theo số ion do phức chất phân li ra.
4.6.2.4. Chuẩn độ dẫn điện kế
Chuẩn độ dẫn điện kế là phương pháp phân tích dựa vào sự biến thiên của độ dẫn điện của dung dịch nghiên cứu do xảy ra phản ứng
giữa chất nghiên cứu và chất chuẩn độ trong thời gian chuẩn độ. Cơ
sở của phương pháp là dựa vào sự khác nhau của linh độ ion của các ion trong dung dịch.
Ta xét ví dụ chuẩn độ axit mạnh (HCl) bằng bazơ mạnh (NaOH). Khi chuẩn độ axit bằng bazơ, H+và OH- tạo thành hợp chất ít phân li H2O. Do đó, khi chuẩn độ ion H+ có linh độ ion lớn (362 Ω-1.cm2) bị thay thế dần bằng các ion có linh độ bé hơn nhiều (ví dụ Na+ có linh độ 52 Ω-1cm2). Độ dẫn điện của dung dịch là tổng độ dẫn
điện của từng ion, do đócàng thêm NaOH vào dung dịch, độ dẫn điện của dung dịch càng giảm đều cho đến điểmtương đương. Nếu tiếp tục thêm NaOH vào thì độ dẫn điện lại tăng do d− ion Na+ và OH-. Tại
điểm tương đương ta có thể xác định nồng độ axit cần chuẩn độ.
Đường cong chuẩn độ dẫn điện kế axit bằng bazơ được biểu diễn như
sau:
Hình 4.8. Đường cong chuẩn độ điện kế axit - bazơ
4.6.2.4. Đo độ mặn của nước
Một trong các phương pháp đo độ mặn của nước là đo độ dẫn điện của nước (ngoài ra còn có phương pháp đo tỷ trọng và đo chỉ số khúc xạ của nước). Nước có chứa các muối mà chủ yếu là NaCl dưới dạng ion Na+ và Cl-.Khi số lượng ion Na+ và Cl- tăng lên, độ dẫn điện của dung dịch cũng tăng lên tương ứng với độ tăng của nồng độ muối. Sử dụng nguyên lý này, độ mặn được xác định bằng cách tính toán độ dẫn điện của dung dịch mẫu.
4.6.2.5. Đô dẫn điện và tổng chất rắn hòa tan
Độ dẫn điện của nước (Electrical Conductivity: EC ) liên quan đến sự có mặt của các ion trong nước. Các ion này thường là muối của kim loại như NaCl, KCl, SO42-, NO3-, PO43- v.v… Do đó, độ dẫn điện của nước còn tượng trưng cho tổng lượng chất rắn hòa tan trong nước (TDS)… Trong dung dịch loãng, TDS và EC là một sự so sánh hợp lý. Đối với nước sử dụng cho mục đích nông nghiệp, thuỷ lợi, mối quan hệ giữa TDS và EC có thể xác định qua phương trình sau đây:
TDS (ppm) = 0.64 x EC (μS/cm) = 640 x EC (dS/m)
Hình 4.11. Quan hệ giữa độ dẫn điện (EC) và tổng chất rắn hòa tan (TDS) Tuy nhiên, khi TDS trong nước đạt đến một mức độ nhất định, độ dẫn điện không trực tiếp liên quan đến TDS nữa. Nguyên nhân là bởi các cặp ion kết đôi được hình thành, các cặp ion này làm yếu đi sự chuyển động của các ion khác, do đó, khi vượt quá một mức độ cho phép so sánh, TDS trong nước sẽ không còn tỉ lệ với độ dẫn điện nữa.
Đó cũng là nguyên nhân mối quan hệ trên không áp dụng đối với nước thải.