Αγωγή σε ηλεκτρολυτικά διαλύματα

Προτού κατανοήσουμε άμεσα την έννοια "αγωγιμότητα του ηλεκτρολύτη", ας μάθουμε τα βασικά της ορολογίας αγωγιμότητας και ηλεκτρολυτικών λύσεων.

Η δυνατότητα για ένα υλικό να μεταφέρει ηλεκτρισμό ορίζεται ως αγωγιμότητα (γνωστή και ως ηλεκτρική αγωγιμότητα). Η αγωγιμότητα μιας ουσίας είναι ένα μέτρο του πόσο εύκολα μπορεί να περάσει ηλεκτρικό ρεύμα (ή ροή φορτίου) μέσα από αυτήν. Η αντίσταση είναι ίση με 1/R, που είναι το αντίστροφο της αγωγιμότητας.

Για να κατανοήσετε καλύτερα την αγωγιμότητα, εξετάστε την αντίσταση ενός αντικειμένου. Ουσιαστικά, η αντίσταση αντιπροσωπεύει τη δυσκολία διέλευσης ηλεκτρικού ρεύματος. Η διαφορά στην τάση που απαιτείται για τη μετάδοση ενός ρεύματος μονάδας μεταξύ δύο καθορισμένων θέσεων είναι ο ποσοτικός ορισμός της αντίστασης μεταξύ δύο θέσεων.

Η αντίσταση ενός αντικειμένου είναι ίση με την τάση σε αυτό διαιρούμενη με το ρεύμα που το διαρρέει. Τα Ω χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της αντίστασης. Η αγωγιμότητα ενός εξαρτήματος είναι μια μέτρηση του πόσο γρήγορα μπορεί να διαρρεύσει το ρεύμα μέσα από αυτό. Η μονάδα μέτρησης της αγωγιμότητας είναι η Siemens (S).

Ηλεκτρολυτικό διάλυμα και αγωγιμότητα ηλεκτρολυτών

Αν το διάλυμα ηλεκτρολύτη περιέχει ηλεκτρόνια που έχουν χαθεί ή αποκτηθεί, τότε είναι ηλεκτρικά αγώγιμο. Αναφέρονται γενικά ως ιοντικά διαλύματα εξαιτίας αυτού, αν και υπάρχουν επίσης περιπτώσεις όπου οι ηλεκτρολύτες δεν είναι ιόντα. Για χάρη αυτής της συζήτησης, θα εξεταστούν μόνο λύσεις ιόντων. Η ηλεκτροστατική βασίζεται στην προϋπόθεση ότι τα αντίθετα φορτία έλκονται και παρόμοια φορτία απωθούνται. Για να αντισταθείτε σε αυτό το ηλεκτροστατικό τράβηγμα, θα χρειαστείτε πολλή ισχύ.

Αγωγή σε ηλεκτρολυτικά διαλύματα

Οι υδατοδιαλυτές χημικές ουσίες χωρίζονται σε δύο κατηγορίες:ηλεκτρολύτες και μη ηλεκτρολύτες. Οι ηλεκτρολύτες είναι ουσίες που σχηματίζουν ιόντα και είναι ηλεκτροσθενείς. Οι ηλεκτρολύτες διεξάγουν ηλεκτρικό ρεύμα στο διάλυμα ως αποτέλεσμα αυτού. Οι ηλεκτρολύτες είναι το χλωριούχο νάτριο, ο θειικός χαλκός (II) και το νιτρικό κάλιο.

Από την άλλη πλευρά, οι μη ηλεκτρολύτες είναι ομοιοπολικές ενώσεις σε διάλυμα που προσφέρουν ουδέτερα μόρια. Οι μη ηλεκτρολύτες είναι υλικά που δεν μεταφέρουν ηλεκτρισμό. Η ζάχαρη, το αλκοόλ και η γλυκερίνη είναι παραδείγματα μη ηλεκτρολυτών. Ως αποτέλεσμα της διέλευσης ηλεκτρικού ρεύματος μέσω του διαλύματός του, ένας ηλεκτρολύτης υφίσταται αναπόφευκτα χημική φθορά.

Αγωγιμότητα ηλεκτρολυτικών διαλυμάτων

Η ικανότητα οποιουδήποτε αγωγού να μεταφέρει ηλεκτρισμό μετριέται σε αγωγιμότητα ή αγωγιμότητα. Η αμοιβαία αντίσταση είναι η αγωγιμότητα. Όταν μετράται η ηλεκτρική αντίσταση ενός αγωγού, η αγωγιμότητα μπορεί να υπολογιστεί ως

Αγωγιμότητα =1/Αντίσταση

Χρησιμοποιώντας τον νόμο του Ohm, μπορείτε να μετρήσετε την αντίσταση ενός ηλεκτρικού αγωγού ως εξής:

R =E/I

Όπου το R υποδηλώνει αντίσταση σε ohms, το I δηλώνει το ρεύμα σε αμπέρ και το E αντιπροσωπεύει τη διαφορά δυναμικού (βολτ) μεταξύ των δύο άκρων. Αυτός ο νόμος μπορεί να ισχύει για οποιαδήποτε λύση εκτός από πολύ υψηλές τάσεις ή εναλλασσόμενο ρεύμα υψηλής συχνότητας.

Ο όρος «ειδική αντίσταση» επινοήθηκε για να επιτρέψει στους ερευνητές να συγκρίνουν τις αντιστάσεις διαφόρων ενώσεων. Η αντίσταση είναι ανάλογη με το εμβαδόν διατομής ενός αγωγού και αντιστρόφως ανάλογη με το μήκος του έτσι ώστε R =l aA.

R ∝ l/a

Ή, R =ρ x (l/a) … …. … (1)

Όπου (rho) είναι η ειδική αντίσταση ή ειδική αντίσταση του σταθερού αγώγιμου υλικού.

Η εξίσωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εύρεση της μονάδας ειδικής αντίστασης.

 ρ=(Rxa)/l =(ohm x cm2) / cm =ohm  cm 

Η αμοιβαία αντίσταση είναι γνωστή ως αγωγιμότητα (λάμδα).

C=1/R =1/ohm =ohm-1 

Η ειδική αγωγιμότητα είναι αντιστρόφως ανάλογη με μια συγκεκριμένη αντίσταση (κάπα).

Ειδική αντίσταση =(1/R) x (l/a) εξ ορισμού.

Ο ακόλουθος τύπος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη λήψη της μονάδας ειδικής αγωγιμότητας:

Ειδική αγωγιμότητα =(1/R) x (l/a) =1/ohm x cm/cm2 =ohm-1 cm-1

Η ειδική αγωγιμότητα ενός διαλύματος είναι ανάλογη με τη συγκέντρωσή του. Η μοριακή αγωγιμότητα (m) χρησιμοποιείται για τη σύγκριση της αγωγιμότητας διαφόρων ηλεκτρολυτικών διαλυμάτων. Η μοριακή αγωγιμότητα υπολογίζεται ως εξής:

"Η αποσύνθεση 1 mol ενός ηλεκτρολύτη στα ιόντα του παράγει 1 mole αγωγιμότητας σε όγκο V mL."

Η ειδική αγωγιμότητα υπολογίζεται πολλαπλασιάζοντας τον όγκο V σε mL, όπου ένα mol του ηλεκτρολύτη περιέχεται από τη συγκεκριμένη αγωγιμότητα του. Για να το θέσω αλλιώς,

Λm =κV

Ο όγκος του διαλύματος σε mL που περιέχει 1 mole του ηλεκτρολύτη συμβολίζεται με V.

Η ποσότητα της ηλεκτρολυτικής αγωγιμότητας επηρεάζεται από τους ακόλουθους παράγοντες

• Συγκέντρωση ιόντων

Η αγωγιμότητα των ηλεκτρολυτών οφείλεται αποκλειστικά στα ιόντα που υπάρχουν σε αυτούς. Λόγω του γεγονότος ότι θα υπάρχουν περισσότεροι φορείς φορτίου σε υψηλότερες συγκεντρώσεις ιόντων, η αγωγιμότητα των ηλεκτρολυτών αυξάνεται με την αύξηση των συγκεντρώσεών τους. Επομένως, η αγωγιμότητα των ηλεκτρολυτών θα είναι υψηλή όταν οι συγκεντρώσεις ιόντων τους είναι υψηλότερες.

Η μοριακή αγωγιμότητα ενός διαλύματος αυξάνεται καθώς η συγκέντρωση του διαλύματος μειώνεται. Η αγωγιμότητα ενός διαλύματος που περιέχει ένα mole διαλυμένης ουσίας μετράται ως μοριακή αγωγιμότητα. Ως αποτέλεσμα, όταν ο αριθμός των μορίων παραμένει σταθερός, αλλά ο όγκος αυξάνεται, η δύναμη έλξης μεταξύ των ιόντων μειώνεται, επιτρέποντάς τους να ρέουν ελεύθερα και αυξάνοντας την αγωγιμότητα.

• Φύση του ηλεκτρολύτη

Αυτός ο τύπος ηλεκτρολύτη έχει σημαντικό αντίκτυπο στην ηλεκτρολυτική αγωγιμότητα. Ο βαθμός διάστασης των ηλεκτρολυτών επηρεάζει τη συγκέντρωση των ιόντων στο διάλυμα και, κατά συνέπεια, την αγωγιμότητα των ηλεκτρολυτών στο διάλυμα. Με ένα μικρό βαθμό διαχωρισμού, ουσίες όπως το CH3COOH θα έχουν λιγότερα ιόντα στο διάλυμα και ως εκ τούτου η αγωγιμότητά τους θα είναι χαμηλότερη. είναι γνωστοί ως ασθενείς ηλεκτρολύτες. Οι ισχυροί ηλεκτρολύτες, όπως το KNO3, έχουν υψηλό βαθμό διάστασης, με αποτέλεσμα μεγάλες συγκεντρώσεις ιόντων στα διαλύματά τους, καθιστώντας τους αποτελεσματικούς ηλεκτρολυτικούς αγωγούς.

• Θερμοκρασία

Ο βαθμός στον οποίο ένας ηλεκτρολύτης διαλύεται σε ένα διάλυμα επηρεάζεται από τη θερμοκρασία. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες αυξάνουν τη διαλυτότητα των ηλεκτρολυτών και, κατά συνέπεια, τη συγκέντρωση των ιόντων, με αποτέλεσμα την ενισχυμένη ηλεκτρολυτική αγωγιμότητα.

Η αγωγιμότητα των ηλεκτρολυτών είναι εξαιρετικά σημαντική. Η έρευνα σε αυτό έχει χρησιμεύσει ως το θεμέλιο για την κατασκευή πολυάριθμων τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένων των μπαταριών και άλλων gadget.

Κανόνες ηλεκτρολυτικής αγωγιμότητας

Η αγωγιμότητα ενός ηλεκτρολυτικού διαλύματος τείνει να αυξάνεται καθώς η απόσταση μεταξύ δύο ηλεκτροδίων μειώνεται. Οι αυξήσεις στον επιφανειακό χώρο μεταξύ των ηλεκτροδίων τείνουν επίσης να ενισχύουν την αγωγιμότητα. Η αγωγιμότητα ενός ηλεκτρολυτικού διαλύματος αυξάνεται καθώς αυξάνεται η συγκέντρωση των αναλυτών. Η αγωγιμότητα ενός ηλεκτρολυτικού διαλύματος επηρεάζεται από τον τύπο του ηλεκτρολύτη.

Συμπέρασμα 

Εδώ μάθαμε αναλυτικά την αγωγιμότητα σε ηλεκτρολυτικά διαλύματα. Η δυνατότητα για ένα υλικό να μεταφέρει ηλεκτρισμό ορίζεται ως αγωγιμότητα. Εάν το διάλυμα ηλεκτρολύτη περιέχει ηλεκτρόνια που έχουν χαθεί ή αποκτηθεί, τότε είναι ηλεκτρικά αγώγιμο. Σε αυτό το άρθρο, μελετήσαμε πώς λαμβάνει χώρα η αγωγιμότητα στα ηλεκτρολυτικά διαλύματα, τους παράγοντες αγωγιμότητας και τους κανόνες τους.