Az elektromos vezetőképesség (specifikus és azzal egyenértékű), való függése koncentráció és a hőmérséklet
Ion mobilitás, Kohlrausch jog, a kóros mobilitása ionok H 3 O + és OH -.
Az elektromos vezetőképesség - a kölcsönös elektromos soprotivleniyuR. Mivel R = R. akkor K = × = k
ahol R - elektromos ellenállás; l - elektródák közötti távolság; S - az elektród felülete; k - vezetőképesség.
Vezetőképesség k folyadék - az elektromos vezetőképesség egy köbcentiméter az oldat, kitölti a teret a lapos elektródok az azonos, egy nagyon nagy területen, található a parttól 1 cm köbcentiméter a megoldást kell távol a elektród határait .. [K] = -1 × ohm cm -1.
Szerint Ohm-törvény. R = U / I; U = E × l (E - térerő, vagy a feszültségesést 1 cm távolságban; l - az elektródok közötti távolság); I = i × S (i - az áramsűrűség vagy áram per 1 cm 2 elektród felületére; S - területe elektróda). majd:
k =; i = k × E
Amikor az E = 1 V / cm, i = k.
Így, k - az az összeg, a villamos energia, amely átmegy a egységnyi idő révén egységnyi a keresztmetszete a vezeték egy elektromos mező 1 V / cm.
A függőség a vezetőképessége oldatok koncentrációja általában van egy maximális (hangsúlyos az erős elektrolitok és simított gyenge). A jelenléte maximumok a k - a következőképpen magyarázható. Híg erős elektrolitok (a = 1) az elektromos vezetőképesség arányosan növekszik az ionok száma, ami viszont növeli a koncentrációt. A koncentrált oldatok erős elektrolitok ionos atmoszférában jelentősen csökkenti a sebessége a ionok, és az elektromos vezetőképesség csökken. A gyenge elektrolitok sűrűsége ionos atmoszférában kicsi, és kevés mozgás sebessége az ionok koncentrációjától függ, de a disszociációs mértéke szignifikánsan csökken és növekvő koncentrációban az oldat, így csökkentve a koncentráció-ionokat és egy csepp vezetőképesség.
Az elektromos vezetőképesség függ a hőmérséklettől. A függőség által adott empirikus egyenlettel:
a - hővezetési együtthatója; K18 (K25) - szabványos érték.
l erős gyenge E-T-E R C függését egyenértékű vezetőképessége az elektrolit koncentráció
Az egyenértékű vezetőképessége l [cm 2 / (g-ekvivalens × Om)] - egy ilyen térfogatú vezetőképesség (j cm 3) oldat, amely 1 gramm ekvivalens egy oldott anyag, ahol az elektródok vannak egymástól 1 cm távolságra.
Találunk viszonyának k és l. Képzeljünk el oldatába merítjük a párhuzamos elektróda távolságban 1 cm, amelynek nagyon nagy területen. A oldat vezetőképessége zárt felületei között az elektródok, amelynek területe egyenlő a 2 cm-es, és j az ekvivalens az oldat vezetőképességét. Az oldat térfogata az elektródák között egyenlő négyzetek j cm3 és tartalmaz 1 gramm ekvivalens sót. A j értékének. egyenlő 1000 / sec cm 3 / g-ekvivalens úgynevezett hígítás. tehát:
A moláris vezetőképessége elektrolit - a termék a villamos vezetőképesség egyenértékű a számos Gram-ekvivalens 1 mol disszociáló ágens.
A függőség egyenértékű vezetőképessége a koncentráció:
1. függése l - s. növekvő nagyságú, l meredeken csökken az első, majd fokozatosan tovább.
- 2. l függőséget. erős elektrolitok megfigyelt lineáris lassú csökkenés a növekvő L. amely megfelel a tapasztalati képletű Kohlrausch:
l ¥ - korlátozó egyenértékű vezetőképessége végtelen hígítás. a ® 0. j ® ¥.
3. függése l - j. l fontos az erős elektrolitok együtt növekszik j és aszimptotikusan közelít l ¥. Mert gyenge elektrolitok l érték is növekszik a növekvő j, de a megközelítés, hogy a határérték és a határérték a legtöbb esetben gyakorlatilag lehetetlen megállapítani.
L erős e-t
Az összes fenti érintett a villamos vezetőképessége vizes oldatok. Az elektrolitok más oldószerekkel vizsgálandó minták vannak tárolva, de vannak eltérések őket, például, a görbék L - minimális gyakran megfigyelhető (anomális vezetőképesség).
Módszerek vezetőképesség mérésére - saját.
Társítása az elektrolit vezetőképessége a sebesség a ionok elektromos mező. Kiszámításához az elektromos vezetőképesség kell számolni az ionok száma áthaladó keresztmetszete elektrolitikus tartály egységnyi idő. Mivel a villamos energia által szállított ionok különböző karakter, ellenkezõ irányba mozog, a teljes jelenlegi összes villamos összegek vándoroltak kationok (I +) és anionok (I-):
u ¢ - kationok sebessége (cm / s);
v ¢ - anionok mozgási sebességét (cm / s);
c ¢ - ekvivalens koncentráció (g-ekvivalens / cm3);
q - keresztmetszete a hengeres tartály (cm 2);
l - elektródák közötti távolság (cm);
E - a potenciális különbség az elektródák közötti (B).
Mi számolja meg a kationok az elektrolit áthaladó keresztmetszete 1 másodperc. Ezalatt az idő alatt a szakasz lesz minden kation a parttól legfeljebb ¢ u cm-re a kijelölt szakasz, azaz a minden kation mennyiségének u ¢ q:
mert mindegyik g-ekvivalens hordoz ionok szerinti Faraday-törvény F = 96.485, hogy a villamos energia, akkor a jelenlegi (az A):
Hasonlóképpen, az anionok:
Egy teljes áram intenzitása (s = c + c = ¢):
Velocity ion mozgás és u ¢ v ¢ természetétől függ az ionok, az elektromos mező E / l. koncentrációja T, közepes viszkozitású, stb Tegyük fel, hogy minden tényezőt állandó, kivéve az elektromos mező; abból lehet kiindulni, hogy a sebesség az ionok arányos az alkalmazott erőt, azaz a mező:
u ¢ = u. v ¢ = v
u, v - sebesség az ionok standard körülmények között, azaz a egy térerősség 1 V / cm; ezeket nevezik abszolút és ionmobilitás mért cm 2 / (s × B).
I = (u + v) C ¢ QFE / l
Ohm törvénye I = E / R = E × K = E × k
Ennélfogva, k = (u + v) C ¢ QF / S = (u + v) C ¢ F (mert q ° S)
L =; c ¢ = a / 1000; L = k / a ¢ = (u + v) F
u × F és V × F - a sebessége az ionok, kifejezett elektrosztatikus egységek; nevezik őket ion mobilitás:
Végtelen hígítás (. J ® ¥ egy ® 1. + C = C = C):
- mind az erős és gyenge elektrolitok. Az értékek az L + L, és körülbelül - vannak mozgásának csökkentésére ionok. Ezek egyenértékű a villamos vezetőképesség a kation és anion végtelen hígítás és mérjük ugyanabban az egységben, mint az L és L ¥. azaz cm 2 / (ohm × g-ekvivalens). A fenti egyenlet egy kifejezés a törvény Kohlrausch. egyenértékű vezetőképessége végtelen hígítás limit összegével egyenlő a mobilitás az ionok.
így az összes elektrolit felírható:
és l + l- koncentrációjától függ (hígítás), különösen az erős elektrolitok; l A + l, és körülbelül - - táblázatos értékek. Minden ezek az értékek vonatkoznak 1 gramm ekvivalens ionok.
A mobilitás egy lényeges jellemzője az ionok. tükrözik sajátos részvételét az elektromos vezetőképessége az elektrolit. A vizes oldatok, az összes ionok kivéve H 3 O + és OH - ionok. rendelkeznek mozgékonysága ugyanabban a sorrendben; abszolút mobilitás (u és v) egyenlő néhány cm óránként.
Az egyenértékű vezetőképessége sóoldatok kifejezett mennyiségben a sorrendben a 100-130 cm 2 / (g-ekvivalens × ohm). Mivel az extrém mobilitása hidrónium-ion az értékek l ¥ savak 3-4-szer nagyobb, mint a sói; alkálifém foglalnak egy közbenső helyzetben.
ion mozgás lehet hasonlítani a makroszkopikus mozgás a labda egy viszkózus közegben, és a jelen esetben alkalmazandó Stokes képlet:
ahol e - a töltés egy elektron; z - számos elemi díjak ion; R - a hatásos sugarát az ion; h - viszkozitási együtthatót; E / l - térerősség.
A hajtóerő - E / L térerősség kiszámításakor az abszolút fogadja mobilitás egyenlő egységét. Következésképpen, a sebessége ion mozgás fordítottan arányos a sugár. Tekintsük a száma Li +. Na +. K +. Mivel a megadott számú igaz sugarak ionok növekszik, a mobilitás csökkenteni kell ugyanabban a sorrendben. A valóságban azonban ez nem az. Mobilitás növekszik Li + K + csaknem megduplázódott. Ebből arra lehet következtetni, hogy az oldatban, és a ionrácsos ionok különböző sugárral. Tehát az alsó a valódi (kristály-) ion sugara, annál nagyobb a hatásos sugár az elektrolitban. Ez a jelenség azzal magyarázható, hogy az ionok az oldatban nem szabad, és hidratált. Ezután a hatásos tartomány a mozgó ion az elektromos mező fogja meghatározni főként a hidratáció foka, vagyis a társított ion vízmolekulák.
Kommunikáció ion oldószer-molekulákkal ion-dipólus, és mivel a térerő a felszínen a lítium-ion sokkal nagyobb, mint a felszínen a kálium-ion, a hidratálási fokát a lítium-ion nagyobb fokú hidratálást a kálium-ion. Szerint a Stokes képlet, többszörösen töltött ionok mobilitása nagyobb egyszeres töltésű. Azonban a sebesség töltésű ionok nem különböznek a sebesség egyszeres töltésű, ami nyilvánvalóan köszönhető, hogy a nagyobb fokú hidratálás.
MOBILITÁS oxónium és hidroxil ionokat.
Rendellenesen magas mobilitását oxónium és hidroxil ionok észlelték hosszú ideig. Korábban úgy vélték, hogy vannak olyan hidrogén ionok, nagy mozgási sebessége, amely azzal magyarázható, rendkívül kis sugarú az ionokra oldatban. Azt találtuk, hogy az oldatban nincs hidrogén ionok H +. és hidróniumionok H3 O +. Ezek az ionok, valamint a hidroxil-ionokkal, hidratált, és a tényleges sugarát ugyanolyan nagyságrendű, mint a sugara a más ionok. Ezért, ha a hatalom átadása mechanizmus ezek az ionok átlagos volt, a mobilitás nem különböznek jelentősen a mobilitás más ionok. Ez tulajdonképpen megfigyelt a legtöbb nem-vizes oldatok. A kórosan magas mobilitása H3 O + és OH - csak akkor jelenik meg a megoldások a víz, alkoholok, és a protozoák, ami nyilvánvalóan annak a ténynek köszönhető, hogy ezek az ionok az oldószer - víz.
Ismeretes, hogy a disszociáció vizet szerint zajlik a program
és csökken a proton váltás egyik vízmolekula a másikra. Létre, amely folyamatos hidróniumionok cseréljük ki úgy, protonok a környező vízmolekulák, a proton-csere történik véletlenszerűen. Azonban, ha létrehoz egy potenciális különbség jelentkezik, kivéve véletlenszerű mozgás és irányát. a protonok elkezd mozogni, hogy a katód és ezáltal hordozza villamosenergia.
Így, villamos energia nem kerül át elsősorban hidróniumionok és protonok ugrik egy vízmolekula másik orientált.
Mivel a leírt művelet proton az oldat vezetőképességét növeljük, mert a protonok van egy nagyon kis sugarú, és nem terjednek ki egészen a katód, és a távolság az vízmolekulák. Ez a típus vezetőképesség nevezhető egy relé vagy egy lánc.
Hasonlóképpen, meg tudjuk magyarázni a magas mobilitását a hidroxil-ion, de ebben az esetben az átmenet bekövetkezik nem protonok hidróniumionok a vízmolekulák és a vízmolekulák a hidroxil ionokat, ami látszólagos elmozdulása hidroxil ionok az anód felé. hidroxil ionok valóban megjelennek az anód rekeszben, de ez nagyrészt nem azok mozgását, és ugráló a protonok a katód felé.
Természetesen, az ionok H3 O + és OH -. mint ilyen, is mozog, hogy hozzon létre egy potenciális különbség az elektródák között, és át villamos energia, de ezek hozzájárulása a vezetőképesség körülbelül ugyanaz, mint a hozzájárulást más ionok. A legtöbb vezetőképessége savak és bázisok magyarázható a lánc mechanizmus elektromos vezetőképesség protonokkal.