Pergerakan ion dalam elektrolit. Kelajuan mutlak pergerakan ion
Cecair, seperti pepejal, boleh menjadi konduktor, dielektrik (alkohol, air) dan semikonduktor (selenium cair, telurium). Penyelesaian bahan yang mengalir arus elektrik, dipanggil elektrolit. Elektrolit adalah, sebagai contoh, larutan akueus bagi garam, asid dan alkali. Mereka (molekul terdiri daripada dua bahagian dengan cas yang bertentangan dan sama, iaitu, dua ion. Apabila ia jatuh ke dalam air, kebolehpercayaan yang ε = 81, kekuatan interaksi elektrik di antara mereka berkurangan sebanyak 81 kali. Dengan penurunan daya tarikan antara ion-ion yang membentuk molekul zat terlarut, yang terakhir daripada berlanggar dengan molekul air dalam proses pergerakan haba hancur menjadi ion, iaitu, pemisahan elektrolitik berlaku. Ion hidrogen dan logam adalah positif.
Sebilangan tertentu ion bercas bertentangan, apabila bergerak, mungkin berakhir begitu rapat antara satu sama lain sehingga daya tarikan elektrik menyatukannya semula menjadi molekul neutral. Jumlah cas pada ion (valens) ditentukan oleh bilangan elektron yang hilang atau diperolehi oleh atom (atau kumpulan atom yang membentuk ion). Pemisahan elektrolitik ditulis dalam bentuk persamaan, seperti mana-mana tindak balas kimia lain:
Jadi, terdapat pembawa caj percuma dalam elektrolit, bukan? adalah ion positif dan ion negatif. Mereka berada dalam gerakan terma.
Mari kita turunkan dua elektrod ke dalam elektrolit dan sambungkannya ke kutub punca DC. Di bawah pengaruh medan elektrik, dibentuk oleh sumber arus dalam elektrolit, ion bebas, sebagai tambahan kepada pergerakan haba, mula bergerak masuk sisi bertentangan: positif - kepada elektrod negatif, dan negatif - kepada elektrod positif. P Aliran ion positif dan negatif dalam elektrolit di bawah tindakan medan elektrik sumber arus ialah arus dalam elektrolit. Semakin banyak ion yang terdapat di dalamnya 1 cm 3 elektrolit dan semakin besar kelajuan pergerakannya, semakin besar arusnya. Kelajuan pergerakan berterusan ion yang membentuk arus dalam elektrolit adalah rendah. Malah ion hidrogen terpantas pada kekuatan medan elektrik E = 100 v/m mempunyai kelajuan lebih kurang 12 sm/j, dan ion natrium ialah 1.6 sm/j. Hukum Ohm digunakan untuk elektrolit.
Apabila arus melalui elektrolit, ion yang mencapai elektrod dinetralkan dan dilepaskan ke atasnya dalam bentuk molekul neutral bahan tersebut. Bermaksud, laluan arus melalui elektrolit sentiasa disertai dengan pemindahan bahan. Ia berikutan daripada ini bahawa dalam elektrolit, tidak seperti pengalir logam, pembawa semasa tidak elektron bebas, dan ion. Tidak seperti logam elektrolit mempunyai kekonduksian ionik. Arus elektrik melalui elektrolit sehingga bahan terlarut dalam pelarut dibebaskan sepenuhnya pada elektrod, selepas itu arus berhenti.
Pergerakan ion dalam medan elektrik digunakan untuk memperkenalkannya ke dalam badan untuk tujuan terapeutik melalui kulit yang utuh. Sebagai contoh, apabila ion kalsium disuntik ke dalam tangan, tangan diletakkan di dalam tab mandi dengan larutan akueus kalsium klorida, lengan bawah disambungkan ke kutub negatif sumber arus, dan elektrod yang direndam dalam elektrolit disambungkan ke kutub positif (Rajah 107). Di bawah pengaruh medan elektrik, ion kalsium positif memasuki badan dan merebak ke seluruh lengan.
Mari kita ketahui bagaimana rintangan elektrolit bergantung pada suhu. Jom kumpul litar elektrik daripada sumber arus, ammeter dan tabung uji dengan elektrolit di mana elektrod direndam (Rajah 108). Dengan memanaskan elektrolit, kita dapati peningkatan arus dalam litar. Ini bermakna apabila elektrolit dipanaskan, rintangannya berkurangan. Pada masa yang sama, kelajuan molekul menjadi lebih besar, tenaga kinetik ia meningkat, yang menyebabkan perlanggaran yang lebih kerap dan lebih kuat antara molekul elektrolit, mengakibatkan perpecahan yang lebih besar bagi molekul terlarut menjadi ion. Peningkatan bilangan ion yang membentuk arus meningkatkan kekuatannya. Apabila suhu meningkat, rintangan elektrolit terhadap pergerakan arah ion bebas meningkat, tetapi peningkatan bilangannya menyebabkan peningkatan kekuatan arus yang lebih besar daripada penurunan di dalamnya disebabkan oleh peningkatan bilangan perlanggaran ion dengan molekul elektrolit. Akhirnya Apabila dipanaskan, rintangan elektrolit berkurangan.
Pergerakan ion dalam elektrolit dalam beberapa kes boleh ditunjukkan dengan sangat jelas.
nasi. 2.
Kami menenun sekeping kertas penapis dengan larutan elektrolit (natrium sulfat, Na 2 SO 4) dan fenolftalein dan meletakkannya di atas pinggan kaca (Rajah 2).
Letakkan yang biasa di atas kertas benang putih, dibasahkan dengan larutan soda kaustik(NaOH). Kertas di bawah benang akan bertukar menjadi merah kerana interaksi ion hidroksil (OH) daripada NaOH dengan fenolftalein. Kemudian kami menekan elektrod wayar yang dipasang pada tepi helaian. sel galvanik, dan hidupkan arus.
Ion hidroksil daripada soda kaustik akan mula bergerak ke arah anod, menjadikan kertas menjadi merah. Dengan kelajuan pergerakan tepi lembayung seseorang boleh menilai kelajuan purata pergerakan ion di bawah pengaruh medan elektrik di dalam elektrolit. Pengalaman menunjukkan bahawa kelajuan ini adalah berkadar dengan kekuatan medan di dalam elektrolit. Untuk medan tertentu, kelajuan ini untuk ion yang berbeza agak berbeza. Tetapi, secara amnya, ia adalah kecil dan untuk medan yang biasa digunakan ia diukur dalam perseratus dan juga perseribu sentimeter sesaat.
Teori disosiasi elektrolitik
Svante Arrhenius menarik perhatian sambungan rapat antara keupayaan larutan garam, asid dan bes untuk mengalirkan arus elektrik dan sisihan larutan bahan-bahan ini daripada hukum van’t Hoff dan Raoult. Beliau menunjukkan bahawa daripada kekonduksian elektrik larutan seseorang boleh mengira nilai tekanan osmotiknya, dan, akibatnya, faktor pembetulan i. Nilai i yang dikira olehnya dari kekonduksian elektrik bertepatan dengan nilai yang ditemui untuk penyelesaian yang sama dengan kaedah lain.
Sebab tekanan osmotik larutan elektrolit yang terlalu tinggi adalah, menurut Arrhenius, penceraian elektrolit kepada ion. Akibatnya, di satu pihak, ia meningkat jumlah bilangan zarah dalam larutan, dan, oleh itu, meningkat tekanan osmosis, penurunan tekanan wap dan perubahan dalam suhu mendidih dan beku, sebaliknya, ion menentukan keupayaan larutan untuk mengalirkan arus elektrik.
Andaian ini kemudiannya dikembangkan menjadi satu teori yang koheren, yang dipanggil teori pemisahan elektrolitik. Menurut teori ini, apabila dilarutkan dalam air, elektrolit terurai (disosiasi) menjadi ion bercas positif dan negatif. Ion bercas positif dipanggil kation; ini termasuk, sebagai contoh, ion hidrogen dan logam. Ion bercas negatif dipanggil anion; Ini termasuk ion sisa berasid dan ion hidroksida. Seperti molekul pelarut, ion dalam larutan berada dalam keadaan pergerakan terma yang tidak teratur.
Proses penceraian elektrolitik digambarkan menggunakan persamaan kimia. Sebagai contoh, penceraian HCl akan dinyatakan dengan persamaan:
HCl = H + + Cl -
Pecahan elektrolit kepada ion menerangkan penyelewengan daripada hukum Van't Hoff dan Raoult. Contohnya ialah penurunan takat beku larutan NaCl. Kini tidak sukar untuk memahami mengapa penurunan takat beku larutan ini begitu hebat. Natrium klorida masuk ke dalam larutan dalam bentuk ion Na + dan Cl -. Dalam kes ini, daripada satu mol NaCl, bukan 6.02 * 10 23 zarah diperoleh, tetapi dua kali ganda bilangannya. Oleh itu, penurunan suhu beku dalam larutan NaCl hendaklah dua kali lebih besar daripada dalam larutan bukan elektrolit dengan kepekatan yang sama.
Begitu juga, dalam larutan barium klorida yang sangat cair, berpisah mengikut persamaan, tekanan osmotik ternyata 3 kali lebih besar daripada yang dikira mengikut hukum Van't Hoff, kerana bilangan zarah dalam larutan adalah 3 kali lebih besar. berbanding jika barium klorida berada di dalamnya dalam bentuk molekul BaCl 2.
BaCl 2 = Ba 2+ + 2Cl -
Oleh itu, ciri-ciri larutan akueus elektrolit, yang pada pandangan pertama bercanggah dengan undang-undang Van't Hoff dan Raoult, telah dijelaskan berdasarkan undang-undang yang sama ini.
Walau bagaimanapun, teori Arrhenius tidak mengambil kira kerumitan fenomena dalam penyelesaian. Khususnya, dia menganggap ion sebagai zarah bebas bebas daripada molekul pelarut. Teori Arrhenius telah ditentang oleh kimia Mendeleev, atau hidrat, teori penyelesaian, yang berdasarkan idea interaksi zat terlarut dengan pelarut. Dalam mengatasi percanggahan jelas kedua-dua teori, kredit yang besar diberikan kepada saintis Rusia I. A. Kablukov, yang mula-mula mencadangkan penghidratan ion. Perkembangan idea ini seterusnya membawa kepada penyatuan teori Arrhenius dan Mendeleev.
Dalam larutan cair tak terhingga, kekonduksian elektrik yang setara mencapai had dan tidak lagi bergantung pada kepekatan, kerana dalam larutan elektrolit lemah penceraian lengkap berlaku (α = 1), dan dalam larutan elektrolit kuat interaksi interionik hilang.
Kekonduksian elektrik yang setara bagi larutan cair tak terhingga dipanggil kekonduksian elektrik pada pencairan tak terhingga dan dilambangkan l ∞ (atau l 0).
Kekonduksian elektrik yang setara pada pencairan tak terhingga, menurut hukum Kohlrausch tentang gerakan bebas ion, adalah sama dengan jumlah mobiliti ion maksimum.
Mobiliti berkaitan dengan kelajuan mutlak pergerakan ion n:
l + =n + F, l - =n - F, =F, =F
di mana F – Nombor Faraday, 96487 k ≈ 96500 k.
Kelajuan mutlak pergerakan ion v difahamkan sebagai kelajuan pergerakannya dalam medan elektrik dengan kecerunan berpotensi 1 V/cm. Dimensi n cm 2 saat -1 – dalam -1. Magnitud kelajuan mutlak pergerakan ion pada yang lain syarat sama rata(suhu, kelikatan medium, kecerunan medan) bergantung kepada kepekatan larutan dan mencapai nilai had dalam larutan cair tak terhingga, iaitu pada φ→∞, n + → , n - →.Oleh kerana kelajuan pergerakan ion adalah sangat kecil, nilai dalam F kali lebih besar - mobiliti l + dan l - .
Mobiliti juga dipanggil kekonduksian elektrik setara bagi ion. Ia diukur dalam unit yang sama dengan kekonduksian elektrik yang setara bagi elektrolit (Ohm -1 cm 2 -g-eq -1). Mobiliti ion bergantung kepada kepekatan, terutamanya dalam larutan elektrolit kuat di mana interaksi interion adalah kuat (fl < 1). Предельные подвижности ионов и достигаются при бесконечном разведении (φ→∞,f l →1), nilai mereka diberikan dalam kesusasteraan rujukan.
Kebergantungan kekonduksian elektrik yang setara pada tahap penceraian dan interaksi interion diterangkan oleh persamaan:
Dalam larutan elektrolit lemah, bilangan ion yang terlibat dalam pemindahan elektrik ditentukan oleh tahap penceraian a. Dalam larutan pekat elektrolit lemah, α adalah sangat kecil, oleh itu bilangan ion dalam larutan juga kecil dan hampir tiada interaksi interionik. Dengan pencairan larutan yang kuat, α meningkat dan bilangan
ion dalam larutan, walau bagaimanapun, jarak interion adalah terlalu besar sehinggakan tiada interaksi antara ion (f l = 1). Oleh itu, dalam larutan elektrolit lemah pada sebarang pencairan, ion mempunyai mobiliti maksimum dan kekonduksian elektrik yang setara hanya bergantung pada tahap penceraian.
Akibatnya, nisbah kekonduksian elektrik akan sepadan dengan tahap penceraian elektrolit lemah
Persamaan ini dipanggil formula Arrhenius dalam amalan, ia digunakan untuk menentukan tahap penceraian larutan elektrolit.
Untuk elektrolit lemah 1-1-valent, bercerai mengikut skema AB↔A+ B –, menggunakan hukum pencairan Ostwald dan mengambil kira bahawa pemalar penceraian boleh ditentukan melalui kekonduksian elektrik yang setara menggunakan formula:
(10.8)
di mana C ialah kepekatan elektrolit, mol/l.
Menurut teori Debye-Hückel, elektrolit kuat dalam larutan tercerai sepenuhnya kepada ion (α = 1) dan interaksi interion adalah besar (fl < 1), значит уравнение (10.6) должно быть записано в виде
dari mana pekali kekonduksian elektrik adalah sama dengan
;
Pekali kekonduksian elektrik ialah fungsi kepekatan ia ditentukan secara eksperimen berdasarkan kekonduksian elektrik yang setara bagi larutan. Nilai bergantung pada valensi ion: 1-1-valent elektrolit (jenis NaCI, HCI) dalam 0.1 n. penyelesaian 0.8; untuk 1-2-valent (Na 2 SO 4, CaCI 2) f x~0.75; 2-2-valent (CuSO 4) ~ 0.4. Apabila larutan dicairkan, interaksi interionik berkurangan, dan perbezaan ini terlicin: kekonduksian elektrik yang setara mencapai had dan
10.4 Mekanisme pengaruh ion atmosfera terhadap kekonduksian elektrik
penyelesaian, undang-undang punca kuasa dua Kohlrausch.
Secara kualitatif, mekanisme pengaruh atmosfera ionik pada kekonduksian elektrik adalah seperti berikut: ion pusat, contohnya kation, apabila medan elektrik malar digunakan, bergerak ke arah katod, dan atmosfera ionik bercas bertentangan bergerak ke arah anod. . Ini menyebabkan apa yang dipanggil perencatan elektroforesis.
Atmosfera yang mengelilingi ion pusat mesti hilang di belakang ion yang bergerak dalam medan elektrik dan terbentuk semula di hadapannya. Kedua-dua proses pemusnahan dan pembentukan atmosfera ionik tidak berlaku serta-merta, contohnya, dalam larutan kalium klorida 0.1 N dalam 0.6·10 -9 saat, dan dalam larutan 0.001 N dalam 0.6·10 -7 saat. Ini menyebabkan perencatan relaksasi. Oleh itu, pekali kekonduksian elektrik mengambil nilai kurang daripada perpaduan bukan hasil daripada penceraian yang tidak lengkap, tetapi disebabkan oleh manifestasi perencatan ini.
Sebagai tambahan kepada perencatan elektroforetik dan pengenduran, terdapat daya ketiga yang menghalang pergerakan ion dalam larutan. Ini adalah daya geseran yang bergantung kepada kelikatan pelarut di mana ion bergerak. Oleh itu, peningkatan suhu menyebabkan peningkatan dalam kelajuan pergerakan ion, dan akibatnya, peningkatan kekonduksian elektrik.
Untuk larutan cair elektrolit kuat, teorinya memberikan pergantungan linear kekonduksian elektrik setara daripada punca kuasa dua kepekatan (hukum punca kuasa dua Kohlrausch)
(10.9)
berterusan A, bergantung pada sifat pelarut, suhu dan jenis valensi elektrolit, ditentukan secara eksperimen oleh tangen cerun garis lurus kepada paksi-x (Rajah 10.2).
Kekonduksian elektrik setara yang mengehadkan bagi elektrolit kuat boleh didapati dengan mengekstrapolasi data eksperimen kepada nilai C = 0. Perlu ditekankan bahawa, walaupun kekonduksian elektrik yang mengehadkan difahami sebagai kekonduksian pada kepekatan elektrolit yang hampir kepada sifar, ia sama sekali tidak sama sekali. sama dengan kekonduksian elektrik yang setara bagi pelarut.
nasi. 10.2 Kebergantungan kekonduksian elektrik yang setara pada punca kuasa dua kepekatan untuk elektrolit kuat (HCI, KOH, LiCI) ,
dan elektrolit lemah (CH 3 COOH) dalam larutan akueus.
Untuk larutan elektrolit lemah, pergantungan yang setara
kekonduksian elektrik berbanding kepekatan mengikut undang-undang pencairan Ostwald. Untuk α1 kita dapat
(10.10)
di mana
atau dalam bentuk logaritma
Pergantungan ini tidak linear, jadi nilainya tidak boleh ditentukan dengan ekstrapolasi; ia ditentukan sahaja secara tidak langsung berdasarkan hukum Kohlrausch tentang gerakan bebas ion.
Data mobiliti ion menunjukkan bahawa jejari ion masuk kekisi kristal tidak disimpan dalam larutan. Contohnya, jejari
ion logam alkali berturut-turut Li+
Apabila cas ion meningkat, kelajuan pergerakannya dalam medan elektrik, dan, akibatnya, kekonduksian elektrik larutan meningkat. Walau bagaimanapun, ion H+ (lebih tepat, ion hidronium) dan OH - mempunyai kelajuan tertinggi. Hanya mobiliti mereka dinyatakan dalam nombor tiga digit (= 349.8; = 198.3 ohm -1 -cm 2 -eq -1). Ini jelas dijelaskan oleh fakta bahawa proton boleh dipindahkan dari molekul ke molekul air melalui mekanisme "relay" yang dipanggil.
anod (+) | H 3 O + H 2 O | katod (–).
Hasil daripada lompatan sedemikian, proton bergerak 0.86 A, yang sepadan dengan pergerakan kation hidronium sebanyak 3.1 Ǻ, atau pemindahan hidroksil dalam medan elektrik ke anod.
anod (+) | H 2 O OH – | katod (–),
di mana lompatan proton ke kanan mengakibatkan pergerakan hidroksil ke kiri. Dalam kes ini, hidroksil yang menerima proton ditukar menjadi molekul air, dan di tempatnya muncul anion baru, terletak lebih dekat dengan anod daripada yang hilang akibat penambahan proton. Sememangnya, dengan mekanisme kekonduksian sedemikian, mobiliti ion hidrogen dan hidroksil adalah lebih besar daripada ion yang hanya bergerak dalam medan elektrik.
Kekonduksian elektrik bagi larutan
Mata pelajaran elektrokimia
Elektrokimia moden berkembang dalam beberapa arah. Pertama sekali, ini adalah kajian proses yang berkaitan dengan penukaran tenaga yang dibebaskan semasa proses kimia spontan kepada tenaga elektrik. Transformasi sedemikian berlaku dalam sistem elektrokimia yang dipanggil sel galvanik. Berdasarkan kajian ini, pelbagai sumber arus kimia telah dicipta, daripada bateri kecil yang mengawal degupan jantung orang yang menderita penyakit jantung kepada sel bahan api hidrogen yang membekalkan elektrik kepada kapal angkasa dan bateri berkuasa untuk kereta elektrik.
Satu lagi arah elektrokimia dikaitkan dengan proses yang pada asasnya bertentangan dengan yang berlaku dalam sel galvanik. Ia kira-kira elektrolisis- transformasi kimia bahan di bawah pengaruh arus elektrik. Elektrolisis mendasari pemisahan dan penulenan logam, pengeluaran pelbagai bahan kimia, penggunaan logam pada permukaan logam dan produk bukan logam, penggilap elektrokimia dan pengilangan logam, dan proses penting lain.
Arah ketiga adalah berkaitan dengan kajian proses kakisan dan pembangunan kaedah berkesan untuk melindungi logam daripada kakisan.
Tugas penting elektrokimia ialah penciptaan dan penambahbaikan kaedah untuk analisis kuantitatif bahan kimia, penyelidikan dan kawalan proses kimia, pembangunan instrumen untuk pengesanan dan penentuan kuantitatif kekotoran berbahaya dalam alam sekitar, dsb.
Konduktor arus elektrik terdiri daripada dua jenis:
1.Konduktor jenis pertama atau konduktor dengan kekonduksian elektronik. Ini termasuk semua logam.
2. Konduktor jenis kedua, yang mempunyai kekonduksian ionik, adalah larutan dan cair elektrolit.
Oleh kerana proses yang dipertimbangkan dalam elektrokimia berlaku terutamanya dalam larutan elektrolit, kita akan membincangkan secara terperinci tentang kekonduksian ionik.
Apabila asid, bes atau garam dilarutkan dalam air, ion terbentuk dalam pergerakan rawak berterusan. Jika dua elektrod pepejal yang disambungkan kepada sumber arus terus direndam dalam larutan elektrolit, pergerakan ion menjadi arah - setiap ion bergerak ke arah elektrod dengan tanda cas yang bertentangan.
Kelajuan pergerakan ion dalam medan elektrik dipengaruhi oleh faktor berikut:
a) Saiz ion: lebih kecil ion, lebih mudah alih Apabila mempertimbangkan faktor ini, perlu diingat bahawa ion dalam larutan akueus terhidrat, yang bermaksud kita bercakap tentang saiz. ion terhidrat. Sebagai contoh, ion Li + percuma adalah lebih kecil daripada ion K +, tetapi ion pertama mempunyai kelajuan pergerakan yang lebih rendah dalam larutan. Ini disebabkan oleh fakta bahawa ia lebih terhidrat.
b) Cas ion: semakin tinggi cas ion, semakin besar kelajuan pergerakan ion. Walau bagaimanapun, perlu diingat bahawa dengan peningkatan cas, tahap penghidratan meningkat, yang bermaksud mobiliti berkurangan.
c) Sifat pelarut: semakin besar kelikatan pelarut, semakin besar rintangan yang dialami ion, semakin rendah kelajuannya.
d) Kekuatan medan elektrik U, iaitu. beza keupayaan antara elektrod E, dibahagikan dengan jarak antara mereka l:
U = E/ l (3.1.)
Untuk mengecualikan pengaruh faktor terakhir, adalah kebiasaan untuk membandingkan kelajuan pergerakan ion pada U = 1 V×cm -1, dipanggil kelajuan mutlak. Unit halaju mutlak: cm 2 ×V -1 ×s -1 . Pengaruh dua faktor pertama boleh dilihat dalam Jadual 3.1.
Jadual menunjukkan bahawa ion H + dan OH - mempunyai kelajuan yang jauh lebih tinggi berbanding dengan ion lain. Ini biasanya dijelaskan oleh mekanisme khas pergerakan ion-ion ini, dipanggil geganti. Intipati mekanisme geganti boleh diwakili secara skematik seperti berikut:
H 3 O + + H 2 O = H 2 O + H 3 O + dan
H 2 O + OH - = OH - + H 2 O
Jadual 3.1.
Halaju mutlak ion dalam larutan akueus (t=25 0 C)
| Kation | V+ | Kation | V+ | Anion | V- | Anion | V- |
| H + K + NH 4 + Ag + Na + Li + | 0.003620 0.000762 0.000760 0.000642 0.000520 0.000388 | Ba 2+ Ca 2+ S 2+ Mg 2+ | 0,000659 0,000616 0,000616 0,000550 | OH - Br - I - Cl - NO 3 - | 0,002050 0,000812 0,000796 0,000791 0,000740 | CH 3 COO - SO 4 2- ClO 4 - Fe(CN) 6 4- | 0,000424 0,000827 0,000705 0,001140 |
Oleh itu, pertukaran ion H + berlaku antara ion hidronium H 3 O + dan molekul air, serta antara molekul air dan ion hidroksida. Proses ini berlaku pada kelajuan yang sangat tinggi - jangka hayat purata ion H 3 O + adalah lebih kurang 10 -11 s. Sekiranya tiada medan luaran, pertukaran sedemikian berlaku dalam mana-mana arah. Di bawah pengaruh medan elektrik, pemindahan ion H + berlaku secara berarah.
10. Kekonduksian elektrik larutan elektrolit
Kekonduksian elektrik ("Kappa") larutan adalah timbal balik rintangannya R, mempunyai dimensi Ohm -1 . Untuk konduktor keratan rentas malar
,
di mana kerintangan; S- kawasan keratan rentas konduktor; l- panjang konduktor; - kekonduksian elektrik tertentu.
Kekonduksian elektrik tertentu ("kappa") larutan ialah kekonduksian elektrik lapisan larutan 1 cm panjang, tertutup di antara elektrod dengan luas 1 cm 2. Ia dinyatakan dalam Ohm -1. cm -1 . Dalam sistem SI, kekonduksian elektrik diukur dalam Ohm -1.
Kekonduksian elektrik yang setara ("lambda") ialah kekonduksian elektrik bagi isipadu larutan sedemikian yang mengandungi 1 g-equiv bahan terlarut; dengan syarat bahawa elektrod berada pada jarak 1 cm antara satu sama lain, ia dinyatakan dalam Ohm -1.
di mana cm 2. g-eq -1. = 1/V C V- pencairan (atau pencairan) larutan, i.e. isipadu yang mengandungi 1 g-eq zat terlarut, dan
- kepekatan setara (normaliti) larutan. Dalam sistem SI, kekonduksian elektrik yang setara dinyatakan dalam Ohm -1. m 2. kg-sq -1. Kekonduksian elektrik yang setara bagi larutan elektrolit meningkat dengan peningkatan pencairan larutan dan pada pencairan tak terhingga (iaitu pada kepekatan infinitesimal) mencapai nilai had 0, yang dipanggil.
kekonduksian elektrik yang setara bagi larutan pada pencairan tak terhingga Dalam larutan cair elektrolit kuat, empirikal undang-undang Kohlrausch
(hukum punca kuasa dua): di mana dan 0 ialah kekonduksian elektrik yang setara bagi larutan pada kepekatan DENGAN dan dengan pembiakan yang tidak berkesudahan, A
- malar (pada suhu tertentu) untuk elektrolit dan pelarut tertentu. Dalam larutan elektrolit lemah dan 0 berkaitan dengan tahap penceraian elektrolit:
Persamaan Arrhenius Di samping itu, ia dijalankan Undang-undang pembiakan Ostwald
,
di mana , yang untuk elektrolit binari ditulis seperti berikut: K
- pemalar pemisahan elektrolit lemah. Kekonduksian elektrik elektrolit adalah berkaitan dengan kelajuan pergerakan ion dalam larutan. Kelajuan perjalanan v i [m. c -1 ] ion dalam larutan adalah berkadar dengan kekuatan medan elektrik yang digunakan E
[DALAM. m -1 ]: Faktor perkadaran u [m 2. s -1. B -1 ] dipanggil mutlak
mobiliti Yunus. (F Kerja B -1 ] dipanggil u dan F - Pemalar Faraday) dipanggil Yunus
i.
[Ohm -1. m 2. kg-eq -1 ]: i = u i F B -1 ] dipanggil Mobiliti ion pada pencairan tak terhingga dipanggil - Pemalar Faraday) dipanggil muktamad - Pemalar Faraday) dipanggil ion dan ditetapkan
0 . Had mobiliti 0 daripada beberapa ion dalam larutan akueus [Ohm -1. cm 2. g-eq -1 ] diberikan dalam Jadual 10.1. mengikut undang-undang
0 = 0 + + 0 - .
Kohlrausch pada penghijrahan bebas ion, kekonduksian elektrik yang setara bagi larutan pada pencairan tak terhingga adalah sama dengan jumlah mobiliti maksimum kation dan anion: Pecahan arus yang dibawa oleh ion tertentu dipanggil nombor bawa
,
t i
0 . Had mobiliti Yunus: dan mengikut takrifan. undang-undang Stokes, mengehadkan mobiliti 0 ion dengan cas z dan jejari
di mana r dalam pelarut dengan kelikatan h diterangkan dengan formula: F e
- caj asas,
- Pemalar Faraday. - Pemalar Faraday) dipanggil 0 daripada beberapa ion dalam larutan akueus pada 25 o C [Ohm -1. cm 2. g-eq -1 ]
| H+ | 349.8 | OH- | 198.3 |
| Li+ | 36.68 | F- | 55.4 |
| Na+ | 50.10 | Cl- | 76.35 |
| K+ | 73.50 | Br- | 78.14 |
| Rb+ | 77.81 | saya - | 78.84 |
| Ag+ | 61.90 | ClO3 - | 64.6 |
| NH4+ | 73.55 | ClO4 - | 67.36 |
| N(CH 3) 4 + | 44.92 | BrO3- | 55.74 |
| 1/2 Mg 2+ | 53.05 | CN- | 78 |
| 1/2 Ca 2+ | 59.50 | NO 3 - | 71.46 |
| 1/2 Ba 2+ | 63.63 | CH 3 COO - | 40.90 |
| 1/2 Mg 2+ | 56.6 | C6H5COO - | 35.8 |
| 1/2 Cd 2+ | 54 | H2PO4 - | 36 |
| 1 / 3 Al 3+ | 63 | 1/2 SO 4 2- | 80.02 |
| 1 / 3 La 3+ | 69.7 | 1/2 S 2 O 6 2- | 93 |
Daripada persamaan ini ia berikut pemerintahan Walden-Pisarjevsky, mengikut mana mana-mana ion atau elektrolit:
.
Contoh 10-1. Kekonduksian elektrik tertentu 0.135 mol. l -1 larutan asid propionik C 2 H 5 COOH ialah 4.79. 10 -2 Lihat m -1 . Kira kekonduksian elektrik yang setara bagi larutan, pemalar penceraian asid dan pH larutan jika mobiliti menghadkan H + dan C 2 H 5 COO - adalah sama dengan 349.8 S cm 2 mol -1 dan 37.2 S cm 2 mol - 1. masing-masing.
0 = 349.8 + 37.2 = 387.0 Lihat cm 2. mol -1.
= /C? 1000 = 4.79. 10 -2 Lihat m -1 /0.135 mol. l -1. 1000 = 3.55 Lihat cm 2. mol -1.
= / 0 = 3.55/387.0 = 0.009.
= 1.15. 10 -5 (mol. l -1).
C =1.24. 10 -3 (mol. l -1).
pH = -log = 2.91.
Jawab. = 3.55 Lihat cm 2. mol -1 ; = 0.009; , yang untuk elektrolit binari ditulis seperti berikut:= 1.15. 10 -5 mol. l -1; pH = 2.91.
Contoh 10-2. Kekonduksian elektrik tentu larutan tepu BaCO 3 dalam air pada 18 o C ialah 25.475. 10 -4 Lihat m -1 . Kekonduksian elektrik khusus air ialah 4.5. 10 -5 Lihat m -1 . Mobiliti ion Ba 2+ dan CO 3 2- pada 18 o C ialah 55 dan 66 Sm, masing-masing, cm 2. g-eq -1. Kira keterlarutan BaCO 3 dalam air pada 18 o C dalam mol. l -1. menganggap garam tercerai sepenuhnya dan mobiliti ion adalah sama dengan mobiliti pada pencairan tak terhingga.
(BaCO 3) = (penyelesaian) - (H 2 O) = 25.475. 10 -4 - 4.5. 10 -5 = 25.025. 10 -4 Lihat m -1 .
0 (BaCO 3) = 0 (Ba 2+) + 0 (CO 3 2-) =
55 + 66 = 121 Lihat cm 2. g-equiv -1 = 1.21. 10 -2 Lihat m 2. g-eq -1.
C = / 0 = 0.206 g-eq. m -3 = 2.06. 10 -4 g-persamaan. l -1 = 1.03. 10 -4 mol. l -1 .
Jawab. di mana dan 0 ialah kekonduksian elektrik yang setara bagi larutan pada kepekatan= 1.03 . 10 -4 mol. l -1 .
Contoh 10-3. Kekonduksian elektrik tentu bagi larutan 5% Mg(NO 3) 2 pada 18 o C ialah 4.38 Sm -1. dan ketumpatannya ialah 1.038 g cm -3. Kira kekonduksian elektrik yang setara bagi larutan dan darjah jelas penceraian garam dalam larutan. Mobiliti Mg 2+ dan NO 3 - ion pada 18 o C ialah 44.6 dan 62.6 cm, masing-masing cm 2. g-eq -1.
0.35 mol. l -1 = 0.70 g-eq. l -1 .
= 
6.25. 10 -3 Lihat m 2. g-eq -1 = 62.5 (Sm 2. g-eq -1).
0 = 44.6 + 62.6 = 107.2 (Lihat cm 2. g-eq -1).
= / 0 = 62.5/107.2 = 0.583.
Jawapan: = 62.5 Lihat cm 2. g-eq -1. = 0.583.
10-2 . Kekonduksian elektrik khusus bagi larutan terlarut tak terhingga bagi KCl, KNO 3 dan AgNO 3 pada 25 o C adalah sama dengan 149.9, 145.0 dan 133.4 Sm 2. mol -1, masing-masing. Apakah kekonduksian elektrik bagi larutan AgCl cair tak terhingga pada 25 o C? (jawapan)
10-3. Kekonduksian elektrik khusus bagi larutan asid hidroklorik, natrium klorida dan natrium asetat cair tak terhingga pada 25 o C adalah sama dengan 425.0, masing-masing. 128.1 dan 91.0 Lihat m2. mol -1 . Apakah kekonduksian elektrik bagi larutan asid asetik cair tak terhingga pada 25 o C? (jawapan)
10-4 . Kekonduksian elektrik tentu bagi larutan akueus 4% H 2 SO 4 pada 18 o C ialah 0.168 S cm -1. ketumpatan larutan ialah 1.026 g cm -3. Kira kekonduksian elektrik yang setara bagi larutan itu. (jawapan)
10-5. Kekonduksian elektrik tentu larutan tepu AgCl dalam air pada 25 o C ialah 2.28. 10 -4 Lihat m -1. dan kekonduksian elektrik tentu air ialah 1.16. 10 -4 Lihat m -1 . Kira keterlarutan AgCl dalam air pada 25 o C dalam mol. l -1 . (jawapan)
10-6 . Apakah pecahan daripada jumlah arus yang dibawa oleh ion Li + dalam larutan akueus LiBr pada 25 o C? (jawapan)
10-7 . Kira nombor pemindahan H+ dalam larutan HCl dengan kepekatan 1. 10 -3 mol. l -1 . Apakah nombor pemindahan H + jika NaCl ditambah kepada larutan ini supaya kepekatannya sama dengan 1.0 mol. l -1 ? (jawapan)
10-9. Kira kelajuan pergerakan ion Na + dalam larutan akueus pada 25 o C jika beza keupayaan 10 V dikenakan pada elektrod yang terletak pada jarak 1 cm antara satu sama lain. Berapa lamakah ion akan bergerak dari satu elektrod ke elektrod yang lain?
10-10. Kekonduksian elektrik tentu larutan akueus KI ialah 89.00 Sm -1. dan larutan KCl dengan kepekatan yang sama ialah 186.53 Sm -1. Kekonduksian elektrik tentu larutan yang mengandungi kedua-dua garam ialah 98.45 Sm -1. Hitung perkadaran KCl dalam larutan.
10-11 . Kekonduksian elektrik tentu bagi larutan akueus bagi elektrolit kuat pada 25 o C ialah 109.9 S cm 2. mol -1 pada kepekatan 6.2. 10 -3 mol. l -1 dan 106.1 Lihat cm 2. mol -1 pada kepekatan 1.5. 10 -2 mol. l -1 . Apakah kekonduksian elektrik tertentu bagi larutan pada pencairan tak terhingga? (jawapan)
10-12 . Kira jejari ion N(CH 3) 4 + mengikut hukum Stokes daripada mobiliti maksimumnya dalam larutan akueus pada 25 o C. Kelikatan air pada 25 o C ialah 8.91? 10 -4 Pa. Dengan. Anggarkan mobiliti maksimum ion ini dalam gliserol, yang kelikatannya ialah 1.49 Pa. Dengan. (jawapan)
10-13 . Anggarkan mobiliti maksimum ion K + dalam formamida dan metil asetat jika kelikatan formamide adalah 3.7 kali lebih besar, dan kelikatan metil asetat adalah 2.6 kali kurang daripada kelikatan air. (jawapan)
10-14 . Kira kekonduksian elektrik 1.0. 10 -3 M larutan akueus NaCl pada 25 o C, dengan mengandaikan bahawa mobiliti ion pada kepekatan ini adalah sama dengan mobiliti maksimumnya. Arus 1 mA dialirkan melalui lapisan larutan sepanjang 1 cm, tertutup di antara elektrod dengan luas 1 cm2. Sejauh manakah ion Na + dan Cl - akan bergerak dalam masa 10 minit? (jawapan)
10-15. Kira jejari berkesan ion Li + pada 25 o C daripada mobiliti maksimumnya menggunakan hukum Stokes. Kira anggaran bilangan molekul air yang termasuk dalam cangkerang penghidratan ion Li +. Jejari kristalografi ion Li + ialah 60 petang. Kelikatan air pada 25 o C ialah 8.91. 10 -4 Pa. Dengan. Anggarkan isipadu yang betul bagi molekul air daripada parameter persamaan van der Waals. (jawapan)
10-16. Pemalar pemisahan ammonium hidroksida ialah 1.79. 10 -5 mol. l -1 . Kira kepekatan NH 4 OH di mana darjah penceraian ialah 0.01. dan kekonduksian elektrik yang setara bagi larutan pada kepekatan ini. (jawapan)
10-17 . Kekonduksian elektrik yang setara 1.59. 10 -4 mol. l -1 larutan asid asetik pada 25 o C adalah sama dengan 12.77 cm cm 2. mol -1 . Kira pemalar penceraian asid dan pH larutan. (jawapan)
10-18 . Pemalar disosiasi asid butirik C 3 H 7 COOH ialah 1.74. 10 -5 mol. l -1 . Kekonduksian elektrik yang setara bagi larutan apabila dicairkan ialah 1024 l. mol -1 bersamaan dengan 41.3 Sm cm 2. mol -1 . Kira tahap penceraian asid dan kepekatan ion hidrogen dalam larutan ini, serta kekonduksian elektrik yang setara bagi larutan pada pencairan tak terhingga. ( = 0.125; = 1.22 . 10 -4 mol. l -1 ; 0 = 330.7 Lihat cm 2 . mol -1.) (jawapan)
10-19 . Kekonduksian elektrik yang setara bagi larutan ethylammonium hidroksida C 2 H 5 NH 3 OH pada pencairan tak terhingga ialah 232.6 S cm 2. mol -1 . Kira pemalar penceraian ethylammonium hidroksida, kekonduksian elektrik yang setara bagi larutan, tahap penceraian dan kepekatan ion hidroksil dalam larutan pada pencairan 16 liter. tahi lalat -1. jika kekonduksian elektrik tentu larutan pada pencairan tertentu ialah 1.312. 10 -3 Lihat cm -1 .
Hubungan antara manusia dan alam Hubungan antara manusia dan alam
Kata majmuk dengan vokal penghubung
Asid urik dalam darah: norma dan penyelewengan, mengapa ia meningkat, diet untuk mengurangkannya Hasil akhir metabolisme nitrogen adalah