Dựa vào khả năng dẫn điện của các chất, ng−ời ta chia các chất thành năm nhóm dẫn điện sau:
1- Chất điện môi còn gọi là chất cách điện có điện trở suất lớn hơn 108 Ω.cm.
2- Chất dẫn điện loại 1 hay chất dẫn điện electron. Đó là các kim loại, oxit… Điện trở suất bằng 10-6ữ 10-3 Ω.cm.
3- Chất dẫn điện loại 2 hay chất dẫn điện ion. Độ dẫn điện của nó do các ion quyết định.
4- Chất dẫn điện hỗn hợp bao gồm cả dẫn điện electron và dẫn
điện ion. Ví dụ nh− các dung dịch kiềm và kiềm thổ trong amoniac.
5- Chất bán dẫn là chất mà cấu tử chuyển tải dòng điện là do các electron và các lỗ trống.
Nh− vậy, đối với dung dịch chất điện li (vật dẫn loại 2) thì khi có dòng điện đi qua, l−ợng điện đ−ợc chuyển về hai cực là nhờ có những ion tự do. Khả năng dẫn điện của dung dịch chất điện li đ−ợc
đặc tr−ng bằng đại l−ợng độ dẫn điện.
Độ dẫn điện của chất điện li đ−ợc biểu diễn qua độ dẫn điện riêng và độ dẫn điện đương lượng.
4.1.1. Độ dẫn điện riêng
Độ dẫn điện riêng là độ dẫn điện của một khối dung dịch có chiều dài l = 1cm và tiết diện S = 1cm2.
Hình 4.1. Sơ đồ bình đo độ dẫn điện riêng của dung dịch
Độ dẫn điện riêng kí hiệu là χ.
Độ dẫn điện riêng bằng nghịch đảo của điện trở riêng ρ:
χ= 1/ρ (4.1)
Ta cãR = ρ.
S
l ρ = R.
l S
χ = RS
l (Ω-1cm-1) (4.2)
Thứ nguyên của χ có thể dùng là: Sm.cm-1, với Sm = Ω-1 (đọc là simen).
4.1.2. Độ dẫn điện đ−ơng l−ợng
Độ dẫn điện đương lượng là độ dẫn điện của một khối dung dịch chứa đúng một đương lượng gam chất tan, đặt giữa hai điện cực cách nhau 1cm.
Kí hiệu của độ dẫn điện đương lượng là: λ có thứ nguyên Ω-
1.cm2.®lg-1.
Giữa độ dẫn điện riêng và độ dẫn điện đương lượng liên hệ với nhau theo biểu thức:
λ = χ.V (4.2)
(V: độ pha loãng dung dịch, là số ml dung dịch chứa 1đlg chất
điện li).
V = CN
1000 λ = CN
1000χ (4.3)
Từ (4.3) ta thấy, khi CN → 0 thì λ tiến tới một giá trị giới hạn, gọi là độ dẫn điện đ−ợng l−ợng giới hạn: λ∞
4.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ dẫn điện
Độ dẫn điện của chất điện li bị ảnh h−ởng bởi các yếu tố nồng
độ, nhiệt độ, áp suất.
4.1.3.1. ảnh hưởng của nồng độ
Trong dung dịch n−ớc và trong hầu hết các dung dịch không nước, khi nồng độ tăng thì ban đầu độ dẫn điện riêng tăng và đạt đến
giá trị cực đại. Sau đó χ giảm nếu tiếp tục tăng nồng độ. Vị trí của cực đại phụ thuộc vào bản chất của chất điện li và nhiệt độ dung dịch.
Sự phụ thuộc của độ dẫn điện riêng vào nồng độ trong dung dịch n−ớc của một số chất điện li đ−ợc trình bày ở hình 4.2.
Khi CN → 0 đại lượng χ tiến về độ dẫn điện riêng của nước nguyên chất, có giá trị vào khoảng 10-7 Sm.cm-1 và đ−ợcquyết định bởi sự có mặt của các ion H3O+ và OH- do sự phân li của n−ớc. Sự tồn tại điểm cực đại của các đường cong có thể được giải thích là trong các dung dịch loãng của chất điện li mạnh, tốc độ chuyển động của các ion hầu nh− không phụ thuộc vào nồng độ và độ dẫn điện tăng tỉ lệ thuận với số ion, nó tăng khi nồng độ tăng.
Hình 4.2. ảnh hưởng của nồng độ đến độ dẫn điện riêng của dung dịch điện li
Trong các dung dịch đậm đặc hơn của chất điện li mạnh thì
mây ion làm giảm tốc độ chuyển động ion vì thế làm giảm độ dẫn
điện. Đối với chất điện li yếu (CH3COOH) mật độ mây ion nhỏ tốc
độ chuyển động của ion ít phụ thuộc vào nồng độ, nh−ng khi nồng độ dung dịch tăng làm giảm đáng kể độ điện li, vì vậy làm giảm độ dẫn
điện.
Độ dẫn điện đ−ơng l−ợng của dung dịch điện li n−ớc giảm khi tăng nồng độ.
Sự phụ thuộc độ dẫn điện đương lượng vào độ pha loãng của dung dịch muối KCl nh− hình 4.3.
Hình 4.3. ảnh hưởng của nồng độ đến độ dẫn điện đương lượng 4.1.3.2. ảnh hưởng của nhiệt độ
Sự phụ thuộc của χ đối với dung dịch loãng vào nhiệt độ tuân theo công thức Kohlrausch:
χt = χ25 [1 + α(t - 25) + β (t - 25)2] (4.4) α, β là các hệ số phụ thuộc vào bản chẩt của chất điện li.
Sự phụ thuộc của λ vào nhiệt độ:
λt = λ0(1 + α’ t - βt 2) (4.5) với λ0: độ dẫn điện đương lượng ở t = o
β, α : hệ số kinh nghiệm.
Hình 4.4. ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ dẫn điện riêng