Shpejtësia absolute e lëvizjes së joneve. Përçueshmëria elektrike

Përçueshmëri jonike(lëvizshmëria) – fitohet duke shumëzuar shpejtësitë absolute të joneve v + dhe v _ me numrin e Faradeit: për kationin  + = v + *F dhe anionin:  - = v - *F.

Shembuj të zgjidhjes së problemeve

Shembulli 1.

Llogaritni emf-në e qelizës galvanike përkatëse, konstantën e ekuilibrit të reaksionit redoks dhe përcaktoni drejtimin më të mundshëm të shfaqjes spontane të reaksionit:

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

nëse përqendrimet e joneve janë të barabarta:

C A g + = 10  4 mol/l; C C d 2+ = 10  3 mol/l.

Zgjidhja:

Le të llogarisim potencialet e elektrodave të elektrodave përkatëse duke përdorur formulën Nernst:

E 1 = E 0 1 +  log C C d 2+ ;

Potenciali standard i elektrodës së kadmiumit është – 0,40 V.

E 1 =  0,40 +  log 10  3 =  0,49 V;

Për argjendin potencial standardështë e barabartë me +0,80 V, atëherë:

E 2 = E 0 2 +  log C A g +

E 2 = 0,80 +  log 10  4 =+ 0,56 V.

Meqenëse E 1  E 2, reagimi do të vazhdojë nga e majta në të djathtë, d.m.th.

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

Le të shkruajmë qarkun e qelizës galvanike:

 Сd 0  Сd 2+ Аg +  Аg 0 +,

Cd 0  2e  Cd 2+  procesi i oksidimit ndodh në anodë;

Ag + + e  Ag 0  në katodë ndodh një proces reduktimi.

Emf i një elementi të tillë do të jetë i barabartë me:

EMF = E 2  E 1

EMF = 0,56  (0,49) = 1,05 V.

Për të llogaritur konstantën e ekuilibrit, kujtoni marrëdhënien midis EMF standard dhe energjisë standarde Gibbs: G =  nFE.

Nga ana tjetër, G lidhet me konstantën e ekuilibrit K me ekuacionin G =  2,3 RT log K. Për 25°C (298 K), ekuacioni i fundit pas zëvendësimit të vlerave të R (8,31 J/ mol K) dhe F në të (96485 C/eq) shndërrohet në këtë formë (E = E 2  E 1):

log K =  ;

2  (0,8 – (– 0,4)) 2  1,2

log K =  =  = 35.6.

Prandaj K = 10 35.6.

Nga kjo rezulton se reagimi midis joneve të kadmiumit dhe argjendit praktikisht vazhdon drejt produkteve të reaksionit.

Shembulli 2.

Një rrymë prej 2,5 A, duke kaluar nëpër një tretësirë ​​elektroliti për 30 minuta, lëshon 2,77 g metal nga tretësira. Gjeni masën ekuivalente të metalit.

Zgjidhja:

Sipas ligjit të Faradeit:

m = (EI)/F.

Atëherë E = (m F)/ I; E = (2,77 96485)/(2,5  30  60) = 59,4 g/mol.

Shembulli 3.

Cili prej metaleve: kadmium, bakër, platin, molibden, merkur, i çiftëzuar me nikelin në një qelizë galvanike, do të jetë anoda? Vizatoni një diagram të një qelize galvanike.

Zgjidhja:

Le të shkruajmë vlerat e potencialeve standarde të elektrodës për këto metale:

E Cd  Cd +2 =  0,40 V; E Mo  Mo +2 =  0,20 V;

E Cu  Cu +2 = + 0,34 V; E Pt  Pt +2 = + 1,20 V;

E Ni  Ni +2 =  0,25 V.

Kur një qelizë galvanike funksionon, sistemi elektrokimik me një potencial elektrodë më të lartë zvogëlohet, duke vepruar si agjent oksidues, dhe me një më të ulët, oksidohet, duke vepruar si agjent reduktues.

Elektroda në të cilën ndodh procesi i oksidimit gjatë reaksionit quhet anodë. Prandaj E ANODI  E KATODA. Duke krahasuar vlerat e potencialeve të elektrodës së metaleve me vlerën E Ni  Ni ++, fitojmë E Cd  Cd +2  E Ni  Ni +2. Prandaj, anoda e çiftuar me nikelin në një qelizë galvanike do të jetë kadmium.

Qarku i një qelize galvanike shkruhet si më poshtë:

Cd Cd 2+  Ni 2+  Ni.

Shembulli 4.

Në kontakt me cilin prej metaleve: platin, nikel, hekur, krom - korrozioni i zinkut do të ndodhë më shpejt dhe pse?

Zgjidhja:

Korrozioni është një proces spontan, dhe për të G =  nFE, pra, se më shumë vlerë EMF, aq më e madhe është gjasat e korrozionit.

E = E Pt  Pt +2  E Zn  Zn +2 = 1,2  (0,76) = 1,98 V;

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.

Prandaj, në kontakt me platinin, korrozioni i zinkut ndodh më shpejt.

Shembulli 5.

Cila substancë lirohet në katodë dhe anodë gjatë elektrolizës së tretësirës ujore të përzierjes së kripërave: CuSO 4 ; NaNO3; K2SO4. Përqendrimet e të gjitha kripërave në tretësirë ​​janë të njëjta.

Zgjidhja:

Nëse sistemi në të cilin kryhet elektroliza përmban agjentë të ndryshëm oksidues, atëherë më aktivi prej tyre do të reduktohet në katodë, d.m.th. forma e oksiduar e sistemit elektrokimik të cilit i përgjigjet potenciali më i lartë i elektrodës.

Cu 2+ + 2e - = Cu: E Cu  Cu +2 = + 0,34 V

2H + + e - = H 2: E N  H+ = 0,0 V

K + + e - = K: E K  K+ =  2,92 V

Na + + e - = Na: E Na  Na + =  2,71 V

Meqenëse E Cu  Cu +2 ka vlera më e lartë potenciali i elektrodës, atëherë është bakri që do të lëshohet në katodë. Në mënyrë të ngjashme, nëse ka disa agjentë reduktues në sistem, më aktivi prej tyre do të oksidohet në anodë, d.m.th. forma e reduktuar e atij sistemi elektrokimik, i cili karakterizohet nga vlera më e ulët e potencialit të elektrodës.

Gjatë elektrolizës së tretësirave ujore të nitrateve dhe sulfateve në elektrolizë inerte, ndodh oksidimi i joneve hidroksid me formimin e oksigjenit:

4 OH – = O 2  + 2H 2 O + 4e - E 0 = 0,40 V.

Shembulli 6.

Çfarë ndodh nëse vendosni një copë hekuri në një tretësirë ​​të sulfatit të bakrit CuSO 4?

Zgjidhja:

Le të shkruajmë gjysmëreaksionet e elektrodës:

Cu 0  Cu 2+ + 2e - E Cu  Cu +2 = + 0,34 V;

Fe 0  Fe 2+ + 2e - E Fe  Fe+2 = - 0,44 V;

sepse E Cu  Cu +2  E Fe  Fe +2, atëherë gjysmëreaksioni i parë është më i preferuari.

Në të vërtetë, vlera negative e potencialit standard të elektrodës FeFe 2+ do të thotë që hekuri duhet të oksidohet nga kationet e hidrogjenit më fort se bakri:

Fe + 2H +  Fe 2+ + H 2.

E Cu  Cu +2 = + 0,34 V tregon se hidrogjeni oksidohet më lehtë:

Cu 2+ + H 2  Cu 0 + 2H + .

Duke përmbledhur reaksionet, marrim: Fe + Cu 2+  Fe 2+ + Cu 0. Prandaj, reagim i plotë Oksidimi i hekurit vazhdon spontanisht në drejtimin e treguar, d.m.th. Në sipërfaqen e hekurit depozitohet një shtresë metali bakri.

Shembulli 7

Llogaritni ekuivalentin elektrokimik të kadmiumit.

Zgjidhja:

Ekuivalenti elektrokimik i metalit llogaritet duke përdorur formulën e mëposhtme:

E =  ,

ku M - masë molare element; n – valencë; F – numri i Faradeit.

112,41 g/mol

E =  = 5,83 * 10 – 4 g/C = 0,583 mg/C.

2 * 96485 C/mol

Shembulli 8

Llogaritni numrin e transferimit të anionit C1 - në një tretësirë ​​të holluar pafundësisht të NaCl në 25 °C, nëse dihen lëvizshmëritë e kationit dhe anionit në këtë tretësirë:  Na + = 50,1 cm 2 / Ohm * mol;  Cl - = 76,35 cm 2 / Ohm * mol.

Zgjidhja:

Në elektrolizë, sasi të barabarta të energjisë elektrike kalojnë nëpër secilën elektrodë, por çdo lloj joni mbart sasi të pabarabarta të energjisë elektrike për shkak të ndryshimeve në shpejtësitë e joneve.

Numrat bartës (t) mund të shprehen përmes relacionit shpejtësi absolute joni me shumën e shpejtësive absolute të të dy joneve ose, në përputhje me rrethanat, përmes raportit të përçueshmërisë elektrike jonike, për shembull:

t - = --- = ---

v + + v _  + + _

Ne zëvendësojmë të dhënat e njohura në formulën:

76,35 cm 2 /Ohm*mol

t - =  = 0,60

76,35 cm 2 /Ohm*mol + 50,1 cm 2 /Ohm* mol

Aftësia e tretësirave të elektrolitit për të përcjellë rrymën elektrike varet nga natyra e elektrolitit dhe tretësit, përqendrimi dhe temperatura. Në një tretësirë ​​elektrolite, jonet e tretur janë në lëvizje termike të rastësishme. Kur aplikohet fushe elektrike ka një lëvizje të urdhëruar të joneve në elektroda të ngarkuara në mënyrë të kundërt - migrim (transferim). Lëvizja e joneve ndodh nën ndikimin e një force që u jep atyre nxitim, por njëkohësisht me një rritje të shpejtësisë së lëvizjes së tyre, rezistenca e mediumit rritet. Si rezultat, shpejtësia e lëvizjes së joneve bëhet konstante pas një periudhe të shkurtër kohe.

Krahasimi i shpejtësive të drejtimit lloje të ndryshme jonet prodhohen në të njëjtin gradient potencial të fushës të barabartë me 1 V/m. Shpejtësia e lëvizjes së joneve në këto kushte quhet shpejtësia absolute e joneve (lëvizshmëria elektrike ose lëvizshmëri absolute) (u)(ajo matet në)

Lëvizja e një joni të hidratuar mund të krahasohet me lëvizjen e një topi mikroskopik në një mjedis viskoz. Ky fakt ju lejon të vlerësoni shpejtësinë absolute të joneve i Formula e tipit Stokes:

ku është forca që vepron mbi jonin; koeficienti i viskozitetit të mesëm; rrezja efektive e grimcës, e cila varet nga madhësia e jonit dhe hidratimi i tij.

Nga ekuacioni (32.41) rezulton se sa më e madhe të jetë rrezja efektive e jonit, aq më e ulët është shpejtësia e lëvizjes së tij. Për shembull, madhësitë e joneve metale alkali rritje në seri

ndërsa aftësia për të hidratuar zvogëlohet në të njëjtën sekuencë (joni është më i hidratuar se jonet e tjerë). Si rezultat, rrezet efektive zvogëlohen dhe shpejtësitë absolute rriten kur lëvizin nga:

Së bashku me shpejtësinë absolute të joneve, shpesh përdoret koncepti i lëvizshmërisë së joneve. Produkti i shpejtësisë absolute të joneve dhe konstantës së Faradeit F thirrur lëvizshmëria e joneve (përçueshmëria elektrike molare). Konstante Faradayështë e barabartë me C/mol.

Kjo është ngarkesa e një mol elektronesh, d.m.th., sasia e energjisë elektrike gjatë elektrolizës që duhet shpenzuar për të ndryshuar gjendjen e oksidimit të 1 mol të një substance për njësi. Njësia e lëvizshmërisë së joneve , ku Cm – (Siemens) njësi matëse Përçueshmëria elektrike, reciproku i njësisë së rezistencës (Ohm) d.m.th. .

Lëvizshmëria e joneve të shumëfishta të ngarkuara i referohet një njësie ngarkese, d.m.th., ne flasim, për shembull, për lëvizshmërinë e por kationeve dhe por anioneve

Mbaj numra

Çdo lloj joni mbart një sasi të caktuar të energjisë elektrike, në varësi të ngarkesës dhe përqendrimit të joneve, si dhe shpejtësisë së lëvizjes së tyre në fushën elektrike. Raporti i sasisë së energjisë elektrike të transferuar nga jonet e një lloji, me numri total energjia elektrike e transferuar nga të gjithë jonet në tretësirë ​​quhet numër transporti i joneve:

Në përputhje me këtë përkufizim, shuma e numrave të transportit të të gjitha llojeve të joneve në një tretësirë ​​është e barabartë me një.

Për një elektrolit simetrik K.A., duke u ndarë në dy lloje jonesh Dhe , sasia e energjisë elektrike e transferuar nga kationet dhe anionet do të jetë përkatësisht:

Ku ngarkesë elementare; ngarkesa e kationit dhe anionit; përqendrimi molar kationet dhe anionet shpejtësitë absolute të joneve. Raporti i numrit të transferimit të kationeve dhe anioneve është i barabartë me raportin e shpejtësive ose lëvizshmërisë së tyre absolute:

dhe që atëherë

Nga ekuacionet është e qartë se numri i transferimit të një lloji të caktuar joni varet nga shpejtësia dhe lëvizshmëria absolute e të dy llojeve të joneve, pra në tretësirat e elektroliteve të ndryshëm numrat e transferimit të të njëjtit jon janë të ndryshëm.

Shkalla e hidratimit të joneve, shpejtësia e tyre absolute dhe numri i transportit ndikohen nga përqendrimi dhe temperatura e tretësirës. Me rritjen e përqendrimit në afërsisht 0.1 mol/L, për shumicën e elektroliteve numrat e transportit të joneve ndryshojnë pak; në rajonin e përqendrimeve më të larta ky ndryshim është më i dukshëm. Me rritjen e temperaturës, madhësitë e predhave të hidratimit të joneve të hidratuar dobët zvogëlohen më pak se ato të joneve të hidratuar fort (dhe ndonjëherë edhe rriten). Si rezultat, vlerat absolute të lëvizshmërisë së kationeve dhe anioneve bëhen më të afërta, dhe numrat e tyre të transferimit priren në 0.5.

Konstanta dielektrike- një sasi që tregon se sa herë forca e bashkëveprimit ndërmjet dy ngarkesave në mjedisin në studim është më e vogël se në vakum.

Ngarkesa e jonit z është raporti i ngarkesës së jonit, i shprehur në kulonë, me ngarkesën e elektronit Cl; ngarkesa e jonit, përkatësisht në kulonë, e barabartë me produktin ez.

Më tej, në të gjitha rastet kur kjo nuk është thënë në mënyrë specifike, për thjeshtësi do të flasim për koeficientin e aktivitetit dhe aktivitetin e elektroliteve, duke kuptuar se po flasim për rreth koeficientit mesatar të aktivitetit dhe aktivitet mesatar. Në vijim, neglizhohet edhe diferenca midis tre metodave të shprehjes së aktivitetit (koeficienti i aktivitetit), i cili është mjaft i pranueshëm për tretësirat e holluara.

Përdoren edhe këto përkufizime: rrezja (trashësia) e atmosferës jonike, rrezja e Debye.

Emërtimi i njësisë së përçueshmërisë elektrike Siemens, si dhe të gjitha njësive të tjera që rrjedhin nga emrat e përveçëm, shkruhet me shkronje e madhe(Cm). Ky emërtim nuk duhet të ngatërrohet me përcaktimin e njësisë së matjes së gjatësisë - centimetër (cm).

Përçueshmëria elektrike e tretësirave

Lënda Elektrokimi

Elektrokimia moderne po zhvillohet në disa drejtime. Para së gjithash, ky është studimi i proceseve që lidhen me shndërrimin e energjisë së çliruar gjatë proceseve kimike spontane në energji elektrike. Transformime të tilla ndodhin në sistemet elektrokimike të quajtura qelizat galvanike. Bazuar në këto studime, të ndryshme burimet kimike rrymë nga bateritë miniaturë që rregullojnë rrahjet e zemrës së njerëzve që vuajnë nga sëmundjet e zemrës deri te hidrogjeni qelizat e karburantit sigurimi i energjisë elektrike anije kozmike dhe bateri të fuqishme për automjetet elektrike.

Një drejtim tjetër i elektrokimisë lidhet me proceset që janë në thelb të kundërta me proceset që ndodhin në qelizat galvanike. po flasim për elektroliza - transformimet kimike substancat nën ndikim rryme elektrike. Elektroliza qëndron në themel të izolimit dhe pastrimit të metaleve, duke marrë një shumëllojshmëri të substancave kimike, aplikimi i metaleve në sipërfaqen e produkteve metalike dhe jometalike, lustrimi elektrokimik dhe bluarja e metaleve dhe procese të tjera të rëndësishme.

Drejtimi i tretë lidhet me studimin e proceseve të korrozionit dhe zhvillimin metoda efektive mbrojtja e metaleve nga korrozioni.

Detyra të rëndësishme elektrokimia janë krijimi dhe përmirësimi i metodave analiza sasiore kimikatet, hulumtimi dhe kontrolli proceset kimike, zhvillimi i instrumenteve për zbulimin dhe kuantifikimi papastërtitë e dëmshme V mjedisi etj.

Përçuesit e rrymës elektrike janë të dy llojeve:

1. Përçues të llojit të parë ose përçues me përçueshmëri elektronike. Këto përfshijnë të gjitha metalet.

2. Përçuesit e tipit të dytë, që zotërojnë përçueshmëri jonike, janë tretësirat dhe shkrirjet e elektroliteve.

Meqenëse proceset e konsideruara në elektrokimi ndodhin kryesisht në tretësirat e elektroliteve, ne do të ndalemi në detaje në përçueshmërinë jonike.

Kur acidet, bazat ose kripërat treten në ujë, formohen jone që janë në lëvizje të vazhdueshme të rastësishme. Nëse dy elektroda të ngurta të lidhura me një burim janë zhytur në një tretësirë ​​elektrolite rrymë e vazhdueshme, lëvizja e joneve bëhet e drejtuar - çdo jon lëviz drejt elektrodës me shenjë e kundërt ngarkuar.

Shpejtësia e lëvizjes së joneve në një fushë elektrike ndikohet nga faktorët e mëposhtëm:

a) Madhësia e joneve: sa më i vogël të jetë joni, aq më i lëvizshëm është kur merret parasysh ky faktor, duhet mbajtur mend se jonet në një tretësirë ​​ujore janë të hidratuar, që do të thotë se po flasim për madhësinë. jon i hidratuar. Për shembull, joni i lirë Li + është më i vogël se joni K +, por joni i parë ka një shpejtësi më të ulët të lëvizjes në tretësirë. Kjo për faktin se ai është në një masë më të madhe të hidratuar.

b) Ngarkesa e jonit: sa më e lartë të jetë ngarkesa e jonit, aq më e madhe është shpejtësia e lëvizjes së jonit. Megjithatë, duhet të kihet parasysh se me rritjen e ngarkesës, shkalla e hidratimit rritet, që do të thotë se lëvizshmëria zvogëlohet.

c) Natyra e tretësit: sa më i madh të jetë viskoziteti i tretësit, aq më e madhe është rezistenca që joni përjeton, aq më e ulët është shpejtësia e tij.

d) Forca e fushës elektrike U, d.m.th. diferenca potenciale ndërmjet elektrodave E, e ndarë me distancën ndërmjet tyre l:

U = E/ l (3.1.)

Për të përjashtuar ndikimin e faktorit të fundit, është zakon të krahasohet shpejtësia e lëvizjes së joneve në U = 1 V×cm -1, e quajtur shpejtësi absolute. Njësia absolute e shpejtësisë: cm 2 ×V -1 ×s -1 . Ndikimi i dy faktorëve të parë mund të shihet në tabelën 3.1.

Tabela tregon se jonet H + dhe OH - kanë një shpejtësi dukshëm më të lartë në krahasim me jonet e tjera. Kjo zakonisht shpjegohet nga një mekanizëm i veçantë i lëvizjes së këtyre joneve, i quajtur rele. Thelbi i mekanizmit rele mund të përfaqësohet në mënyrë skematike si më poshtë:

H 3 O + + H 2 O = H 2 O + H 3 O + dhe

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

Tabela 3.1.

Shpejtësitë absolute të joneve në tretësirat ujore(t=25 0 C)

Kështu, një shkëmbim i joneve H + ndodh midis joneve të hidroniumit H 3 O + dhe molekulave të ujit, si dhe midis molekulave të ujit dhe joneve hidroksid. Këto procese ndodhin me shpejtësi të jashtëzakonshme - kohëzgjatja mesatare ekzistenca e jonit H 3 O + është afërsisht 10 -11 s. Në mungesë të fushë e jashtme Një shkëmbim i tillë vazhdon në çdo drejtim. Nën ndikimin e një fushe elektrike, transferimi i joneve H + ndodh në mënyrë të drejtuar.

Material nga Unciklopedia

Një mënyrë për të përcaktuar shpejtësinë me të cilën lëvizin jonet në një tretësirë ​​nën ndikimin e një fushe elektrike është si më poshtë. Prisni një rrip letre filtri 10 cm të gjatë dhe 2 cm të gjerë dhe vendoseni në xhami ose në një mbështetje tjetër izoluese. Skajet e shiritit duhet të jenë në kontakt me kontaktet përçuese dhe të gjithë qark elektrik përbëhet nga një ndreqës ose bateri me një tension 15–20 V (disa bateri mund të lidhen në seri), një çelës dhe një shirit të lidhur në seri (shih figurën). Tani le të përgatisim elektrolitin. Ilaçi purgen (fenolftaleinë) duhet të shpërndahet në alkool ose kolonjë dhe të shtohen disa pika në tretësirë. kripë tryezë në ujë. Thithni letrën në tretësirë ​​dhe mbyllni çelësin. Një njollë e kuqe formohet në katodë, e cila rritet dhe fillon të lëvizë drejt anodës. Si rezultat i elektrolizës, hidrogjeni lirohet në katodë dhe formohen jonet OH-. Ato shkaktojnë ngjyrën e fenolftalinës dhe, nën ndikimin e një fushe elektrike, lëvizin drejt anodës. Duke përcaktuar shpejtësinë e lëvizjes së ngjyrës së kuqe, mund të vlerësoni shpejtësinë e lëvizjes së joneve në elektrolit. Është disa milimetra në minutë.

Duhet pasur kujdes që letra e filtrit të mos thahet gjatë eksperimentit dhe të mbulohet me një copë tjetër xhami sipër.

Duke ndryshuar tensionin në kapëset dhe përqendrimin e tretësirës së kripur, mund të kuptoni një numër modelesh në lëvizjen e joneve.

Në tretësirat e holluara pafundësisht, përçueshmëria elektrike ekuivalente arrin një kufi dhe nuk varet më nga përqendrimi, pasi në tretësirë elektrolite të dobëta ndodh shpërbërja e plotë (α = 1), dhe në tretësirat elektrolite të forta ndërveprimi ndërionik zhduket.

Përçueshmëria elektrike ekuivalente e tretësirave pafundësisht të holluara quhet përçueshmëri elektrike në hollim të pafund dhe shënohet l ∞ (ose l 0).

Përçueshmëria elektrike ekuivalente në hollimin e pafund, sipas ligjit të Kohlrausch për lëvizjen e pavarur të joneve, është e barabartë me shumën e lëvizshmërisë maksimale të joneve

Lëvizshmëria lidhet me shpejtësinë absolute të lëvizjes së joneve n:

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

Ku F - Numri i Faradeit, 96487 k.

Shpejtësia absolute e lëvizjes së një joni v kuptohet si shpejtësia e lëvizjes së tij në një fushë elektrike me një gradient potencial prej 1 V/cm. Dimensioni n cm 2 sek -1 – në -1. Madhësia e shpejtësisë absolute të lëvizjes së joneve në të tjera kushte të barabarta(temperatura, viskoziteti i mjedisit, gradienti i fushës) varet nga përqendrimi i tretësirës dhe arrin një vlerë kufizuese në tretësira pafundësisht të holluara, d.m.th. në φ→∞, n + → , n - → Duke qenë se shpejtësia e lëvizjes së joneve është shumë e vogël, vlerat në F herë më e madhe - lëvizshmëri l + dhe l - .

Lëvizshmëria quhet gjithashtu përçueshmëri elektrike ekuivalente e joneve. Ajo matet në të njëjtat njësi si përçueshmëria elektrike ekuivalente e elektrolitit (Ohm -1 cm 2 -g-eq -1). Lëvizshmëria e joneve varet nga përqendrimi, veçanërisht në tretësirat e elektroliteve të forta në të cilat ndërveprimi ndërjonik është i fortë (fl < 1). Предельные подвижности ионов и достигаются при бесконечном разведении (φ→∞,f l →1), vlerat e tyre janë dhënë në literaturën e referencës.

Varësia e përçueshmërisë elektrike ekuivalente nga shkalla e disociimit dhe ndërveprimit ndërjonik përshkruhet nga ekuacioni:

Në tretësirat e elektroliteve të dobëta, numri i joneve të përfshirë në transferimin e energjisë elektrike përcaktohet nga shkalla e disociimit a. Në tretësirat e përqendruara të elektroliteve të dobët, α është shumë i vogël, prandaj edhe numri i joneve në tretësirë ​​është i vogël dhe praktikisht nuk ka ndërveprim ndërjonik. Me hollimin e fortë të tretësirave, α rritet dhe numri i
jonet në tretësirë, megjithatë, distancat ndërjonike janë aq të mëdha sa që gjithashtu nuk ka ndërveprim ndërmjet joneve (f l = 1). Kështu, në tretësirat e elektroliteve të dobëta në çdo hollim, jonet kanë lëvizshmëri maksimale dhe përçueshmëria elektrike ekuivalente varet vetëm nga shkalla e disociimit.

Rrjedhimisht, raporti i përçueshmërisë elektrike do të korrespondojë me shkallën e disociimit të elektroliteve të dobëta

Ky ekuacion quhet formula Arrhenius në praktikë, përdoret për të përcaktuar shkallën e shpërbërjes së tretësirave të elektrolitit.

Për një elektrolit të dobët 1-1-valent, që shpërndahet sipas skemës AB↔A+ B, duke përdorur ligjin e hollimit Ostwald dhe duke marrë parasysh që konstanta e disociimit mund të përcaktohet përmes përçueshmërisë elektrike ekuivalente duke përdorur formulën:

(10.8)

ku C është përqendrimi i elektrolitit, mol/l.

Sipas teorisë Debye-Hückel, elektrolitet e forta në tretësirë ​​shpërndahen plotësisht në jone (α = 1) dhe ndërveprimet ndërjonike janë të mëdha (fl < 1), значит уравнение (10.6) должно быть записано в виде

nga ku koeficienti i përçueshmërisë elektrike është i barabartë me

;

Koeficienti i përçueshmërisë elektrike është një funksion i përqendrimit, ai përcaktohet në mënyrë eksperimentale në bazë të përçueshmërisë elektrike ekuivalente të tretësirës. Vlera varet nga valenca e joneve: elektrolit 1-1-valent (lloji NaCI, HCI) në 0,1 n. tretësirë ​​0.8; për 1-2-valente (Na 2 SO 4, CaCI 2) f x~0,75; 2-2-valent (CuSO 4) ~ 0,4. Kur solucionet hollohen, ndërveprimi ndërjonik zvogëlohet dhe këto dallime zbuten: përçueshmëria elektrike ekuivalente arrin një kufi dhe

10.4 Mekanizmi i ndikimit të joneve atmosferike në përçueshmërinë elektrike
zgjidhje, ligj rrenja katrore Kohlrausch.

Në mënyrë cilësore, mekanizmi i ndikimit të atmosferës jonike në përçueshmërinë elektrike është si vijon: joni qendror, për shembull një kation, kur aplikohet një fushë elektrike konstante, lëviz drejt katodës dhe atmosfera jonike e ngarkuar në mënyrë të kundërt lëviz drejt anodës. . Kjo shkakton atë që quhet frenimi elektroforetik.

Atmosfera që rrethon jonin qendror duhet të zhduket pas jonit që lëviz në fushën elektrike dhe të formohet përsëri përpara tij. Të dy proceset e shkatërrimit dhe formimit të atmosferës jonike nuk ndodhin menjëherë, për shembull, në një zgjidhje 0,1 N të klorurit të kaliumit në 0,6·10 -9 sekonda dhe në një zgjidhje 0,001 N në 0,6·10 -7 sekonda. Ajo shkakton frenimi i relaksimit. Prandaj, koeficienti i përçueshmërisë elektrike merr vlera më të vogla se uniteti jo si rezultat i ndarjes jo të plotë, por për shkak të manifestimit të këtyre frenimeve.

Përveç frenimit elektroforetik dhe relaksues, ekziston një forcë e tretë që pengon lëvizjen e joneve në tretësirë. Kjo është forca e fërkimit që varet nga viskoziteti i tretësit në të cilin lëviz joni. Prandaj, një rritje e temperaturës shkakton një rritje të shpejtësisë së lëvizjes së joneve, dhe si rezultat, një rritje të përçueshmërisë elektrike.

Për tretësirat e holluara të elektroliteve të forta, teoria jep varësia lineare përçueshmëri elektrike ekuivalente nga rrënja katrore e përqendrimit (Ligji i rrënjës katrore të Kohlrausch)

(10.9)

Konstante A, në varësi të natyrës së tretësit, temperaturës dhe llojit të valencës së elektrolitit, përcaktohet eksperimentalisht nga tangjentja e pjerrësisë së vijës së drejtë. te boshti x (Fig. 10.2).

Përçueshmëria ekuivalente elektrike kufizuese e elektroliteve të forta mund të gjendet duke ekstrapoluar të dhënat eksperimentale në vlerën C = 0. Duhet theksuar se, megjithëse përçueshmëria elektrike kufizuese kuptohet si përçueshmëri në një përqendrim të elektrolitit afër zeros, në asnjë mënyrë nuk është identike me përçueshmërinë elektrike ekuivalente të tretësit.

Oriz. 10.2 Varësia e përçueshmërisë elektrike ekuivalente nga rrënja katrore e përqendrimit për elektrolitet e fortë (HCI, KOH, LiCI) , dhe elektrolit i dobët (CH 3 COOH) në tretësirat ujore.

Për tretësirat e elektroliteve të dobët, varësia e ekuivalentit
përçueshmëria elektrike kundrejt përqendrimit rrjedh nga ligji i hollimit të Ostwald-it. Për α1 marrim

(10.10)

ku

ose në forma logaritmike

Kjo varësi nuk është lineare, prandaj vlera nuk mund të përcaktohet me ekstrapolim, ajo përcaktohet vetëm në mënyrë indirekte bazuar në ligjin e Kohlrausch për lëvizjen e pavarur të joneve.

Të dhënat e lëvizshmërisë së joneve tregojnë se rrezet e joneve në rrjetë kristali nuk ruhen në solucione. Për shembull, rrezet
jonet e metaleve alkali në një seri Li+ rritet, por në tretësirë ​​vërehet rendi i kundërt. Li jon + ka një fushë elektrike më të fortë, pasi ngarkesa e saj specifike (raporti i ngarkesës së një grimce me masën e saj) është më i madh se ai i joneve të tjera alkaline, prandaj është më i hidratuar në tretësirë. Jon shumë i hidratuar Li+ lëviz ndërmjet molekulave të ujit në një fushë elektrike shumë më ngadalë sesa joni Cs + më pak i hidratuar (për shembull, = 38,6; = 77,2 ohm -1 cm 2 g-eq -1).