Ионы хөдөлгөөний үнэмлэхүй хурд. Цахилгаан дамжуулах чанар

Ионы дамжуулалт(хөдөлгөөнт байдал) – v + ба v _ ионуудын үнэмлэхүй хурдыг Фарадейгийн тоогоор үржүүлэх замаар олно: катион  + = v + *F ба анион:  - = v - *F.

Асуудлыг шийдвэрлэх жишээ

Жишээ 1.

Харгалзах гальваник эсийн EMF, исэлдэлтийн урвалын тэнцвэрийн тогтмолыг тооцоолж, урвалын аяндаа үүсэх хамгийн магадлалтай чиглэлийг тодорхойлно уу.

Cd 0 (tv) + Ag + (p)  Cd 2+ (p) + Ag 0 (tv),

Хэрэв ионы концентраци тэнцүү бол:

C A g + = 10  4 моль/л; C C d 2+ = 10  3 моль/л.

Шийдэл:

Харгалзах электродын электродын потенциалыг Nernst томъёогоор тооцоолъё.

E 1 = E 0 1 +  log C C d 2+ ;

Кадмигийн стандарт электродын потенциал - 0.40 В.

E 1 =  0.40 +  log 10  3 =  0.49 В;

Мөнгөний хувьд стандарт боломж+0.80 В-тэй тэнцүү бол:

E 2 = E 0 2 +  log C A g +

E 2 = 0.80 +  log 10  4 =+ 0.56 В.

E 1  E 2 тул урвал зүүнээс баруун тийш явагдана, өөрөөр хэлбэл.

Сd 0 (tv) + 2Аg + (p)  Сd 2+ (p) + 2Аg 0 (tv)

Галваник эсийн хэлхээг бичье.

 Сd 0  Сd 2+ Аg +  Аg 0 +,

Cd 0  2e  Cd 2+  анод дээр исэлдэлтийн процесс явагдана;

Ag + + e  Ag 0  катод дээр бууралтын процесс явагдана.

Ийм элементийн emf нь дараахтай тэнцүү байх болно.

EMF = E 2  E 1

EMF = 0.56  (0.49) = 1.05 В.

Тэнцвэрийн тогтмолыг тооцоолохын тулд стандарт EMF болон стандарт Гиббсийн энерги хоорондын хамаарлыг эргэн сана: G =  nFE.

Нөгөө талаас, G нь тэнцвэрийн тогтмол K-тэй G =  2.3 RT log K тэгшитгэлээр холбогдоно. 25°C (298 К) температурт R (8.31 J/) утгыг орлуулсны дараах хамгийн сүүлийн тэгшитгэл. моль К) ба F-ийг (96485 C/eq) энэ хэлбэрт шилжүүлнэ (E = E 2  E 1):

log K =  ;

2  (0,8 – (– 0,4)) 2  1,2

log K =  =  = 35.6.

Тиймээс K = 10 35.6.

Үүнээс үзэхэд кадми ба мөнгөний ионуудын хоорондох урвал бараг л урвалын бүтээгдэхүүн рүү явагддаг.

Жишээ 2.

2.5 А гүйдэл нь электролитийн уусмалаар 30 минутын турш дамжин өнгөрөхөд уусмалаас 2.77 г металл ялгардаг. Металлын эквивалент массыг ол.

Шийдэл:

Фарадейгийн хуулийн дагуу:

m = (EI)/F.

Дараа нь E = (m F)/ I; E = (2.77 96485)/(2.5 30 60) = 59.4 г/моль.

Жишээ 3.

Кадми, зэс, цагаан алт, молибден, мөнгөн ус, гальваник эсийн никельтэй хосолсон металлуудын аль нь анод болох вэ? Галваник эсийн диаграммыг зур.

Шийдэл:

Эдгээр металлын стандарт электродын потенциалын утгыг бичье.

E Cd  Cd +2 =  0.40 В; E Mo  Mo +2 =  0.20 В;

E Cu  Cu +2 = + 0.34 В; E Pt  Pt +2 = + 1.20 В;

E Ni  Ni +2 =  0.25 В.

Гальваник элемент ажиллах үед электродын өндөр потенциалтай цахилгаан химийн систем буурч, исэлдүүлэгч бодисоор ажилладаг ба бага нь исэлдүүлж, бууруулагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг.

Урвалын явцад исэлдэх процесс явагддаг электродыг анод гэж нэрлэдэг. Иймд E АНОД  E КАТОД. Металлын электродын потенциалын утгыг E Ni  Ni ++ утгатай харьцуулснаар бид E Cd  Cd +2  E Ni  Ni +2 олж авна. Тиймээс гальваник эсийн никельтэй хосолсон анод нь кадми болно.

Гальваник эсийн хэлхээг дараах байдлаар бичнэ.

Cd Cd 2+  Ni 2+  Ni.

Жишээ 4.

Цагаан алт, никель, төмөр, хром зэрэг металлуудын аль нь байвал цайрын зэврэлт хурдан явагдах вэ, яагаад?

Шийдэл:

Зэврэлт нь аяндаа явагддаг процесс бөгөөд түүний хувьд G =  nFE, тиймээс илүү үнэ цэнэ EMF, зэврэлт үүсэх магадлал өндөр байна.

E = E Pt  Pt +2  E Zn  Zn +2 = 1.2  (0.76) = 1.98 В;

E = E Ni  Ni +2  E Zn  Zn +2 = 0.25  (0.76) = 0.51 B;

E = E Fe  Fe +2  E Zn  Zn +2 = 0.44  (0.76) = 0.32 B;

E = E Cr  Cr +3  E Zn  Zn +2 = 0.74  (0.76) = 0.02 B.

Тиймээс цагаан алттай харьцах үед цайрын зэврэлт илүү хурдан явагддаг.

Жишээ 5.

Давсны хольцын усан уусмалыг электролиз хийх үед катод ба анод дээр ямар бодис ялгардаг вэ: CuSO 4 ; NaNO3; K2SO4. Уусмал дахь бүх давсны концентраци ижил байна.

Шийдэл:

Хэрэв электролиз хийдэг систем нь янз бүрийн исэлдүүлэгч бодис агуулдаг бол тэдгээрийн хамгийн идэвхтэй нь катод дээр буурдаг. хамгийн их электродын потенциал тохирох цахилгаан химийн системийн исэлдсэн хэлбэр.

Cu 2+ + 2e - = Cu: E Cu  Cu +2 = + 0.34 В

2H + + e - = H 2: E N  H+ = 0.0 В

K + + e - = K: E K  K+ =  2.92 В

Na + + e - = Na: E Na  Na + =  2.71 В

Учир нь E Cu  Cu +2 байна хамгийн өндөр үнэ цэнээлектродын потенциал, дараа нь энэ нь катод дээр ялгарах зэс юм. Үүний нэгэн адил, хэрэв системд хэд хэдэн бууруулагч бодис байгаа бол тэдгээрийн хамгийн идэвхтэй нь анод дээр исэлдэх болно, өөрөөр хэлбэл. электродын потенциалын хамгийн бага утгаараа тодорхойлогддог цахилгаан химийн системийн бууруулсан хэлбэр.

Нитрат ба сульфатын усан уусмалыг инертийн электролизээр электролиз хийх явцад хүчилтөрөгч үүсэх замаар гидроксидын ионуудын исэлдэлт явагдана.

4 OH – = O 2  + 2H 2 O + 4e - E 0 = 0.40 В.

Жишээ 6.

Хэрэв та зэсийн сульфатын CuSO 4 уусмалд нэг хэсэг төмрийг хийвэл юу болох вэ?

Шийдэл:

Электродын хагас урвалыг бичье.

Cu 0  Cu 2+ + 2e - E Cu  Cu +2 = + 0.34 В;

Fe 0  Fe 2+ + 2e - E Fe  Fe+2 = - 0.44 В;

учир нь E Cu  Cu +2  E Fe  Fe +2, дараа нь эхний хагас урвал хамгийн тохиромжтой.

Үнэн хэрэгтээ стандарт электродын FeFe 2+ потенциалын сөрөг утга нь төмрийг устөрөгчийн катионоор зэсээс илүү хүчтэй исэлдүүлэх ёстой гэсэн үг юм.

Fe + 2H +  Fe 2+ + H 2.

E Cu  Cu +2 = + 0.34 В нь устөрөгч илүү амархан исэлдэж байгааг харуулж байна:

Cu 2+ + H 2  Cu 0 + 2H + .

Урвалуудыг нэгтгэн дүгнэж үзвэл бид: Fe + Cu 2+  Fe 2+ + Cu 0 болно. Тиймээс, бүрэн хариу үйлдэлТөмрийн исэлдэлт нь заасан чиглэлд аяндаа явагддаг, өөрөөр хэлбэл. Төмрийн гадаргуу дээр зэс металлын давхарга хуримтлагддаг.

Жишээ 7

Кадмигийн цахилгаан химийн эквивалентыг тооцоол.

Шийдэл:

Металлын электрохимийн эквивалентыг дараахь томъёогоор тооцоолно.

E =  ,

хаана M - молийн массбүрэлдэхүүн; n - валент; F - Фарадей тоо.

112.41 г/моль

E =  = 5.83 * 10 – 4 г/С = 0.583 мг/С.

2 * 96485 С / моль

Жишээ 8

Хэрэв энэ уусмал дахь катион ба анионы хөдөлгөөн тодорхой байвал 25 ° C температурт NaCl-ийн хязгааргүй шингэрүүлсэн уусмалд C1 - анионыг шилжүүлэх тоог тооцоолно уу:  Na + = 50.1 см 2 / Ом * моль;  Cl - = 76.35 см 2 / Ом * моль.

Шийдэл:

Электролизийн үед электрод тус бүрээр тэнцүү хэмжээний цахилгаан дамждаг боловч ионуудын хурдны ялгаатай байдлаас шалтгаалан ион төрөл бүр нь тэгш бус хэмжээний цахилгааныг дамжуулдаг.

Тээвэрлэлтийн тоог (t) хамаарлаар илэрхийлж болно үнэмлэхүй хурдионыг хоёулангийнх нь үнэмлэхүй хурдны нийлбэр эсвэл үүний дагуу ионы цахилгаан дамжуулалтын харьцаагаар, жишээлбэл:

t - = --- = ---

v + + v _  + + _

Бид мэдэгдэж буй өгөгдлийг томъёонд орлуулна.

76.35 см 2 /Ом*моль

t - =  = 0.60

76,35 см 2 /Ом*моль + 50,1 см 2 /Ом* моль

Электролитийн уусмалын цахилгаан гүйдэл дамжуулах чадвар нь электролит ба уусгагчийн шинж чанар, концентраци, температураас хамаарна. Электролитийн уусмалд ууссан ионууд санамсаргүй дулааны хөдөлгөөнд байдаг. Хэрэглэх үед цахилгаан оронЭсрэг цэнэгтэй электродууд руу ионуудын дараалсан хөдөлгөөн байдаг - шилжилт хөдөлгөөн (шилжүүлэх).Ионуудын хөдөлгөөн нь тэдэнд хурдатгал өгдөг хүчний нөлөөн дор явагддаг боловч хөдөлгөөний хурд нэмэгдэхийн зэрэгцээ орчны эсэргүүцэл нэмэгддэг. Үүний үр дүнд ионы хөдөлгөөний хурд богино хугацааны дараа тогтмол болдог.

Жолооны хурдны харьцуулалт янз бүрийн төрөл 1 В/м-тэй тэнцүү талбайн потенциалын градиент дээр ионууд үүсдэг. Эдгээр нөхцөлд ионы хөдөлгөөний хурдыг нэрлэдэг үнэмлэхүй ионы хурд (цахилгаан хөдөлгөөнэсвэл үнэмлэхүй хөдөлгөөн) (u)(үүнийг хэмждэг)

Гидратжуулсан ионы хөдөлгөөнийг наалдамхай орчин дахь бичил бөмбөлгийн хөдөлгөөнтэй адилтгаж болно. Энэ баримтионы үнэмлэхүй хурдыг тооцоолох боломжийг танд олгоно би- Стоксын томъёог бичнэ үү:

ион дээр үйлчлэх хүч хаана байна; дунд зуурамтгай байдлын коэффициент; ионы хэмжээ ба түүний усжилтаас хамаардаг бөөмийн үр дүнтэй радиус.

(32.41) тэгшитгэлээс харахад ионы үр дүнтэй радиус их байх тусам хөдөлгөөний хурд бага байх болно. Жишээлбэл, ионы хэмжээ шүлтлэг металлуудцувралын өсөлт

харин гидратлах чадвар нь ижил дарааллаар буурдаг (ион нь бусад ионуудаас илүү чийглэг байдаг). Үүний үр дүнд үр дүнтэй радиусууд буурч, дараахаас шилжих үед үнэмлэхүй хурд нэмэгддэг.

Ионы үнэмлэхүй хурдтай зэрэгцээд ионы хөдөлгөөн гэсэн ойлголтыг ихэвчлэн ашигладаг. Ионы үнэмлэхүй хурд ба Фарадей тогтмол F-ийн үржвэрдуудсан ионы хөдөлгөөн (молийн цахилгаан дамжуулах чанар).Тогтмол Фарадей C/мольтэй тэнцүү.

Энэ нь нэг моль электроны цэнэг, өөрөөр хэлбэл электролизийн явцад нэгж тутамд 1 моль бодисын исэлдэлтийн төлөвийг өөрчлөхөд шаардагдах цахилгааны хэмжээ юм. Ионы хөдөлгөөнт нэгж , энд Cm – (Siemens) хэмжих нэгж цахилгаан дамжуулах чанар, эсэргүүцлийн нэгжийн эсрэг (Ом) i.e. .

Үржүүлж цэнэглэгдсэн ионуудын хөдөлгөөн нь цэнэгийн нэгжтэй холбоотой байдаг, тухайлбал бид катион ба харин анионуудын хөдөлгөөнт байдлын тухай ярьж байна.

Дугаар авч явах

Ионы төрөл бүр нь ионуудын цэнэг, концентраци, мөн цахилгаан орон дахь хөдөлгөөний хурд зэргээс шалтгаалан тодорхой хэмжээний цахилгаан гүйдэл дамжуулдаг. Нэг төрлийн ионоор дамжуулж буй цахилгаан эрчим хүчний хэмжээг харьцуулсан харьцаа нийт тооУусмал дахь бүх ионуудын дамжуулж буй цахилгааныг тоо гэнэ ионы тээвэрлэлт:

Энэхүү тодорхойлолтын дагуу уусмал дахь бүх төрлийн ионуудын тээвэрлэлтийн тооны нийлбэр нь нэгтэй тэнцүү байна.

Тэгш хэмтэй электролитийн хувьд К.А., хоёр төрлийн ион болгон задрах Тэгээд , катион ба анионоор дамжуулсан цахилгааны хэмжээ нь дараах байдалтай байна.

Хаана энгийн цэнэг; катион ба анионы цэнэг; молийн концентрацикатион ба анионууд ионы үнэмлэхүй хурд. Катион ба анионуудын дамжуулалтын тооны харьцаа нь тэдгээрийн үнэмлэхүй хурд буюу хөдөлгөөнт байдлын харьцаатай тэнцүү байна.

ба түүнээс хойш

Тэгшитгэлээс харахад өгөгдсөн төрлийн ионы дамжуулалтын тоо нь хоёр төрлийн ионы үнэмлэхүй хурд, хөдөлгөөнөөс хамаардаг, өөрөөр хэлбэл өөр өөр электролитийн уусмалд ижил ионы дамжуулалтын тоо өөр өөр байдаг.

Ионы гидратын зэрэг, тэдгээрийн үнэмлэхүй хурд, тээвэрлэлтийн тоо нь уусмалын концентраци ба температураас хамаарна. Ихэнх электролитийн концентраци ойролцоогоор 0.1 моль/л болж өсөхөд ионы дамжуулалтын тоо бага зэрэг өөрчлөгддөг; өндөр концентрацитай бүсэд энэ өөрчлөлт илүү мэдэгдэхүйц байна. Температур нэмэгдэхийн хэрээр сул гидратжуулсан ионуудын усжилтын бүрхүүлийн хэмжээ нь хүчтэй усжуулсан ионуудын хэмжээнээс бага огцом буурдаг (заримдаа бүр нэмэгддэг). Үүний үр дүнд катион ба анионуудын хөдөлгөөнт байдлын үнэмлэхүй утгууд ойртож, тэдгээрийн дамжуулалтын тоо 0.5 байна.

Диэлектрик тогтмол- судалж буй орчин дахь хоёр цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүч вакуумаас хэд дахин бага байгааг харуулсан хэмжигдэхүүн.

Ионы цэнэг z нь ионы цэнэгийг кулоноор илэрхийлсэн электрон Cl цэнэгийн харьцаа; ионы цэнэгийг кулоноор тус тус бүтээгдэхүүнтэй тэнцүү байнагэх мэт.

Цаашилбал, үүнийг тусгайлан заагаагүй бүх тохиолдолд энгийн байхын тулд электролитийн үйл ажиллагааны коэффициент ба үйл ажиллагааны талаар ярих болно. бид ярьж байнаүйл ажиллагааны дундаж коэффициентийн тухай болон дундаж үйл ажиллагаа. Дараахь зүйлд үйл ажиллагааг илэрхийлэх гурван аргын хоорондох ялгаа (идэвхжүүлэлтийн коэффициент) мөн үл тоомсорлодог бөгөөд энэ нь шингэрүүлсэн уусмалын хувьд хүлээн зөвшөөрөгдөхүйц юм.

Дараах тодорхойлолтуудыг мөн ашигладаг: ионы агаар мандлын радиус (зузаан), Деби радиус.

Siemens-ийн цахилгаан дамжуулах чанарын нэгжийн тэмдэглэгээ болон бусад бүх нэгжийн нэрсийг дараах байдлаар бичнэ. том үсэг(см). Энэ тэмдэглэгээг уртын хэмжих нэгжийн тэмдэглэгээтэй андуурч болохгүй - сантиметр (см).

Уусмалын цахилгаан дамжуулах чанар

Цахилгаан химийн хичээл

Орчин үеийн цахилгаан хими хэд хэдэн чиглэлээр хөгжиж байна. Юуны өмнө энэ нь аяндаа химийн процессын явцад ялгарах энергийг хувиргахтай холбоотой үйл явцыг судлах явдал юм. цахилгаан эрчим хүч. Ийм хувиргалт нь цахилгаан химийн системд тохиолддог гальван эсүүд. Эдгээр судалгаан дээр үндэслэн янз бүрийн химийн эх үүсвэрзүрхний өвчнөөр шаналж буй хүмүүсийн зүрхний цохилтыг зохицуулдаг бяцхан батерейгаас устөрөгч хүртэлх гүйдэл түлшний эсүүдцахилгаан эрчим хүчээр хангах сансрын хөлөгцахилгаан тээврийн хэрэгслийн хүчирхэг батерейнууд.

Цахилгаан химийн өөр нэг чиглэл нь үйл явцын эсрэг үйл явцтай холбоотой юм гальван эсүүд. Бид ярьж байна электролиз - химийн хувиргалтнөлөөнд байгаа бодисууд цахилгаан гүйдэл. Электролиз нь металыг тусгаарлах, цэвэршүүлэх, олон төрлийн бодисыг олж авах үндэс суурь болдог химийн бодисууд, металл ба металл бус бүтээгдэхүүний гадаргуу дээр метал түрхэх, металлыг цахилгаан химийн аргаар өнгөлөх, тээрэмдэх болон бусад чухал процессууд.

Гурав дахь чиглэл нь зэврэлтээс хамгаалах үйл явцыг судлах, хөгжүүлэхтэй холбоотой юм үр дүнтэй аргуудметаллыг зэврэлтээс хамгаалах.

Чухал ажлуудэлектрохими бол аргуудыг бий болгох, сайжруулах явдал юм тоон шинжилгээхимийн бодис, судалгаа, хяналт химийн процессууд, илрүүлэх хэрэгсэл боловсруулах ба тоон үзүүлэлт хортой хольцВ орчингэх мэт.

Цахилгаан гүйдэл дамжуулагч нь хоёр төрөлтэй.

1. Нэгдүгээр төрлийн дамжуулагч буюу дамжуулагч электрон дамжуулалт. Эдгээрт бүх металлууд орно.

2. Ионы дамжуулалттай хоёр дахь төрлийн дамжуулагч нь электролитийн уусмал ба хайлмал юм.

Электрохимид авч үзсэн процессууд нь ихэвчлэн электролитийн уусмалд явагддаг тул бид ионы дамжуулалтын талаар нарийвчлан авч үзэх болно.

Хүчил, суурь эсвэл давсыг усанд уусгахад тасралтгүй санамсаргүй хөдөлгөөнтэй ионууд үүсдэг. Хэрэв эх үүсвэрт холбогдсон хоёр хатуу электродыг электролитийн уусмалд дүрнэ шууд гүйдэл, ионуудын хөдөлгөөн чиглэлтэй болдог - ион бүр нь электрод руу шилжинэ эсрэг тэмдэгцэнэглэх.

Цахилгаан орон дахь ионуудын хөдөлгөөний хурд нь дараахь хүчин зүйлээс хамаарна.

a) Ионы хэмжээ: ион нь бага байх тусам илүү хөдөлгөөнтэй байдаг Энэ хүчин зүйлийг авч үзэхдээ усан уусмал дахь ионууд нь чийглэг байдаг гэдгийг санах нь зүйтэй бөгөөд энэ нь бид хэмжээний тухай ярьж байна гэсэн үг юм. усжуулсан ион. Жишээлбэл, чөлөөт Li + ион нь K + ионоос бага боловч эхний ион нь уусмал дахь хөдөлгөөний хурд багатай байдаг. Энэ нь түүний байгаатай холбоотой юм илүү их хэмжээгээрусжуулсан.

б) Ионы цэнэг: ионы цэнэг их байх тусам ионы хөдөлгөөний хурд нэмэгдэнэ. Гэсэн хэдий ч цэнэг ихсэх тусам чийгшлийн зэрэг нэмэгдэж, энэ нь хөдөлгөөн багасдаг гэдгийг санах нь зүйтэй.

в) Уусгагчийн шинж чанар: уусгагчийн зуурамтгай чанар их байх тусам ионы эсэргүүцэл их байх тусам түүний хурд бага байх болно.

d) Цахилгаан талбайн хүч U, i.e. электродуудын хоорондох боломжит ялгаа E, тэдгээрийн хоорондох зайд хуваагдана л:

U = E/ л (3.1.)

Сүүлийн хүчин зүйлийн нөлөөллийг үгүйсгэхийн тулд U = 1 V × см -1 ионуудын хөдөлгөөний хурдыг харьцуулах нь заншилтай байдаг. үнэмлэхүй хурд. Үнэмлэхүй хурдны нэгж: см 2 × В -1 × с -1 . Эхний хоёр хүчин зүйлийн нөлөөллийг Хүснэгт 3.1-ээс харж болно.

Хүснэгтээс харахад H + ба OH - ионууд нь бусад ионуудтай харьцуулахад харьцангуй өндөр хурдтай байдаг. Үүнийг ихэвчлэн реле гэж нэрлэгддэг эдгээр ионуудын хөдөлгөөний тусгай механизмаар тайлбарладаг. Реле механизмын мөн чанарыг схемийн дагуу дараах байдлаар илэрхийлж болно.

H 3 O + + H 2 O = H 2 O + H 3 O + ба

H 2 O + OH - = OH - + H 2 O

Хүснэгт 3.1.

Ионы үнэмлэхүй хурд усан уусмал(t=25 0 C)

Тиймээс H + ионуудын солилцоо нь гидрони ионууд H 3 O + ба усны молекулуудын хооронд, мөн усны молекулууд ба гидроксидын ионуудын хооронд явагддаг. Эдгээр үйл явц нь асар хурдтай явагддаг - дундаж хугацаа H 3 O + ионы оршин тогтнох хугацаа ойролцоогоор 10 -11 секунд байна. байхгүй тохиолдолд гадаад талбарИйм солилцоо аль ч чиглэлд явагддаг. Цахилгаан орны нөлөөн дор H + ионуудын шилжилт нь чиглэлтэй явагддаг.

Унциклопедийн материал

Цахилгаан орны нөлөөгөөр уусмал дахь ионуудын хөдөлгөөний хурдыг тодорхойлох нэг арга бол дараах байдалтай байна. 10 см урт, 2 см өргөн шүүлтүүрийн цаасан тууз хайчилж, шилэн эсвэл бусад тусгаарлагч тулгуур дээр бэхлэнэ. Туузны төгсгөлүүд нь дамжуулагч контактуудтай, бүхэлд нь холбоотой байх ёстой цахилгаан хэлхээ 15-20 В хүчдэлтэй Шулуутгагч эсвэл батерей (хэд хэдэн батерейг цувралаар холбож болно), түлхүүр, цуваа холбосон туузаас бүрдэнэ (зураг харна уу). Одоо электролитийг бэлдье. Пурген (фенолфталеин) эмийг спирт эсвэл одеколонд уусгаж, уусмалд хэдэн дусал нэмнэ. ширээний давсусанд. Цаасыг уусмалд дэвтээж, түлхүүрийг хаа. Катод дээр улаан толбо үүсдэг бөгөөд энэ нь ургаж, анод руу шилжиж эхэлдэг. Катод дахь электролизийн үр дүнд устөрөгч ялгарч, OH - ионууд үүсдэг. Эдгээр нь фенолфталеиныг өнгөөр ​​будаж, цахилгаан талбайн нөлөөгөөр анод руу шилждэг. Улаан өнгөний хөдөлгөөний хурдыг тодорхойлсноор та электролит дахь ионуудын хөдөлгөөний хурдыг тооцоолж болно. Энэ нь минутанд хэдэн миллиметр байна.

Туршилтын явцад шүүлтүүрийн цаас хатахгүй байхыг анхаарч, дээрээс нь өөр шилээр таглана.

Хавчаар дээрх хүчдэл ба давсны уусмалын концентрацийг өөрчилснөөр та ионуудын хөдөлгөөний хэд хэдэн хэв маягийг олж мэдэх боломжтой.

Хязгааргүй шингэрүүлсэн уусмалд эквивалент цахилгаан дамжуулах чанар нь хязгаарт хүрч, уусмал дахь концентрацаас хамаарахаа больсон. сул электролитбүрэн диссоциаци үүсдэг (α = 1), уусмалд хүчтэй электролитион хоорондын харилцан үйлчлэл алга болно.

Хязгааргүй шингэрүүлсэн уусмалын эквивалент цахилгаан дамжуулах чанарыг хязгааргүй шингэрүүлэлтийн үед цахилгаан дамжуулах чанар гэж нэрлэдэг ба l ∞ (эсвэл l 0) гэж тэмдэглэнэ.

Хязгааргүй шингэрүүлэлтийн үед цахилгаан дамжуулалтын эквивалент нь Колраушийн ионуудын бие даасан хөдөлгөөний хуулийн дагуу ионы хамгийн их хөдөлгөөнүүдийн нийлбэртэй тэнцүү байна.

Хөдөлгөөнт байдал нь ионы хөдөлгөөний үнэмлэхүй хурдтай холбоотой n:

l + =n + F, l - =n - F, =F, =F

Хаана F -Фарадей тоо, 96487 к ≈ 96500 к.

V ионы хөдөлгөөний үнэмлэхүй хурдыг 1 В/см потенциал градиент бүхий цахилгаан орон дахь хөдөлгөөний хурд гэж ойлгодог. Хэмжээ n см 2 сек -1 – in -1. Бусад үед ионы хөдөлгөөний үнэмлэхүй хурдны хэмжээ тэгш нөхцөл(температур, орчны зуурамтгай чанар, талбайн градиент) нь уусмалын концентрацаас хамаардаг бөгөөд хязгааргүй шингэрүүлсэн уусмал дахь хязгаарлагдмал утгад хүрдэг, өөрөөр хэлбэл φ→∞, n үед. + → , n - →.Ионы хөдөлгөөний хурд маш бага тул Фдахин их - хөдөлгөөнт байдал l + мөн л - .

Хөдөлгөөнийг мөн ионуудын эквивалент цахилгаан дамжуулалт гэж нэрлэдэг. Энэ нь электролитийн эквивалент цахилгаан дамжуулах чадвартай ижил нэгжээр хэмжигддэг (Ом -1 см 2 -г-экв -1). Ионы хөдөлгөөн нь концентрацаас хамаардаг, ялангуяа ион хоорондын харилцан үйлчлэл хүчтэй байдаг хүчтэй электролитийн уусмал дахь (fl) < 1). Предельные подвижности ионов и достигаются при бесконечном разведении (φ→∞,f l →1), тэдгээрийн утгыг лавлах номонд өгсөн болно.

Эквивалент цахилгаан дамжуулалтын диссоциацийн зэрэг ба ион хоорондын харилцан үйлчлэлийн хамаарлыг тэгшитгэлээр тодорхойлно.

Сул электролитийн уусмалд цахилгаан дамжуулахад оролцдог ионуудын тоог диссоциацийн зэрэглэлээр тодорхойлно. Сул электролитийн төвлөрсөн уусмалд α нь маш бага байдаг тул уусмал дахь ионуудын тоо бас бага бөгөөд ион хоорондын харилцан үйлчлэл бараг байдаггүй. Уусмалыг хүчтэй шингэрүүлснээр α-ийн тоо нэмэгддэг
уусмал дахь ионууд, гэхдээ ион хоорондын зай нь маш том тул ионуудын хооронд харилцан үйлчлэл байхгүй (f l = 1). Тиймээс аливаа шингэрүүлэлтийн үед сул электролитийн уусмалд ионууд хамгийн их хөдөлгөөнтэй байдаг бөгөөд түүнтэй тэнцэх цахилгаан дамжуулах чанар нь зөвхөн диссоциацийн зэргээс хамаарна.

Үүний үр дүнд цахилгаан дамжуулалтын харьцаа нь сул электролитийн диссоциацийн зэрэгтэй тохирч байх болно.

Энэ тэгшитгэлийг практикт Arrhenius томъёо гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь электролитийн уусмалын диссоциацийн түвшинг тодорхойлоход хэрэглэгддэг.

AB↔A+ B схемийн дагуу диссоциацилах 1-1 валентын сул электролитийн хувьд Оствальд шингэрүүлэх хуулийг ашиглан диссоциацийн тогтмолыг эквивалент цахилгаан дамжуулалтаар дараах томъёогоор тодорхойлж болно гэдгийг харгалзан үзнэ.

(10.8)

энд C нь электролитийн концентраци, моль/л.

Дебай-Хюккелийн онолын дагуу уусмал дахь хүчтэй электролитууд нь ионуудад бүрэн задардаг (α = 1), ион хоорондын харилцан үйлчлэл их байдаг (fl). < 1), значит уравнение (10.6) должно быть записано в виде

эндээс цахилгаан дамжуулах коэффициент нь тэнцүү байна

;

Цахилгаан дамжуулах коэффициент нь концентрацийн функц юм, энэ нь уусмалын эквивалент цахилгаан дамжуулах чанар дээр үндэслэн туршилтаар тодорхойлогддог. Утга нь ионуудын валентаас хамаарна: 0.1 n-д 1-1-валент электролит (NaCI, HCI төрөл). уусмал 0.8; 1-2 валентын хувьд (Na 2 SO 4, CaCI 2) f x~0.75; 2-2-валент (CuSO 4) ~ 0.4. Уусмалыг шингэлэх үед ион хоорондын харилцан үйлчлэл буурч, эдгээр ялгаа арилдаг: эквивалент цахилгаан дамжуулах чанар нь хязгаарт хүрч,

10.4 Агаар мандлын ионуудын цахилгаан дамжуулах чанарт үзүүлэх нөлөөллийн механизм
шийдэл, хууль квадрат язгуурКолрауш.

Чанарын хувьд цахилгаан дамжуулах чанарт ионы атмосферийн нөлөөллийн механизм нь дараах байдалтай байна: төвийн ион, жишээлбэл, катион, тогтмол цахилгаан орон үйлчлэх үед катод руу, эсрэгээр цэнэглэгдсэн ионы уур амьсгал нь анод руу шилждэг. . Энэ нь юу гэж нэрлэгддэг шалтгаан болдог электрофоретик дарангуйлал.

Төв ионы эргэн тойрон дахь агаар мандал нь цахилгаан талбарт хөдөлж буй ионы ард алга болж, түүний урд дахин үүсэх ёстой. Ионы уур амьсгалыг устгах, үүсэх процесс хоёулаа шууд явагддаггүй, жишээлбэл, калийн хлоридын 0.1 Н уусмалд 0.6 · 10 -9 секунд, 0.001 Н уусмалд - 0.6 · 10 -7 секунд. Энэ нь үүсгэдэг тайвшруулах саатал.Тиймээс цахилгаан дамжуулах коэффициент нь бүрэн бус диссоциацийн үр дүнд биш, харин эдгээр дарангуйллын илрэлийн улмаас нэгдлээс бага утгыг авдаг.

Электрофоретик ба тайвшруулах дарангуйллаас гадна уусмал дахь ионуудын хөдөлгөөнийг саатуулдаг гуравдагч хүч байдаг. Энэ нь ион хөдөлж буй уусгагчийн зуурамтгай чанараас хамаарах үрэлтийн хүч юм. Тиймээс температурын өсөлт нь ионуудын хөдөлгөөний хурдыг нэмэгдүүлж, улмаар цахилгаан дамжуулах чадварыг нэмэгдүүлдэг.

Хүчтэй электролитийн шингэрүүлсэн уусмалын хувьд онол өгдөг шугаман хамаарал-аас тэнцүү цахилгаан дамжуулах чанар концентрацийн квадрат язгуур (Кольраусын квадрат язгуур хууль)

(10.9)

Тогтмол А,уусгагчийн шинж чанар, электролитийн температур, валентын төрлөөс хамааран шулуун шугамын налуугийн тангенсаар туршилтаар тодорхойлогддог. x тэнхлэгт (Зураг 10.2).

Хүчтэй электролитийн хязгаарлагдмал эквивалент цахилгаан дамжуулах чанарыг туршилтын өгөгдлийг C = 0 утгад экстраполяци хийх замаар олж болно. Хэдийгээр цахилгаан дамжуулах чанарыг хязгаарлах нь электролитийн концентраци тэгтэй ойролцоо байх үед дамжуулах чанар гэж ойлгогддог боловч энэ нь ямар ч байдлаар биш гэдгийг онцлон тэмдэглэх нь зүйтэй. уусгагчийн эквивалент цахилгаан дамжуулах чадвартай ижил байна.

Цагаан будаа. 10.2 Хүчтэй электролитийн (HCI, KOH, LiCI) концентрацийн квадрат язгуураас эквивалент цахилгаан дамжуулах чадварын хамаарал. , ба усан уусмал дахь сул электролит (CH 3 COOH).

Сул электролитийн уусмалын хувьд эквивалентийн хамаарал
Цахилгаан дамжуулалт ба концентраци нь Оствальд шингэрүүлэлтийн хуулиас хамаарна. α1-ийн хувьд бид авна

(10.10)

хаана

эсвэл дотор логарифм хэлбэр

Энэ хамаарал нь шугаман биш тул утгыг экстраполяциар тодорхойлох боломжгүй, ионуудын бие даасан хөдөлгөөний тухай Колраушийн хуульд үндэслэн шууд бусаар тодорхойлно.

Ионы хөдөлгөөний өгөгдөл нь ионы радиус дотор байгааг харуулж байна болор торуусмалд хадгалагдахгүй. Жишээлбэл, радиус
шүлтлэг металлын ионууд цуваа Ли+ нэмэгдэх боловч уусмалд урвуу дараалал ажиглагдаж байна. Ли ион + Энэ нь илүү хүчтэй цахилгаан оронтой байдаг, учир нь түүний хувийн цэнэг (бөөмийн цэнэгийн масстай харьцуулсан харьцаа) бусад шүлтлэг ионуудаас их байдаг тул уусмалд илүү их усалдаг. Өндөр чийгшүүлсэн ион Ли+цахилгаан орон дахь усны молекулуудын хооронд ус багатай Cs + ионоос хамаагүй удаан хөдөлдөг (жишээлбэл, = 38.6; = 77.2 ом -1 см 2 г-экв -1).