1.3. Transport iontů v elektrickém poli

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "1.3. Transport iontů v elektrickém poli"

Ondřej Müller
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 .3. Transport ontů v elektrckém pol Ionty se v roztoku vystaveném působení elektrckého pole pohybují katonty směrem ke katodě, anonty k anodě. Tento pohyb ontů se označuje jako mgrace. VODIVOST Vodvost = konduktance G G = G R [ ] = S Ω Odpor vodče R l R = ρ R s [ ] = Ω l délka vodče, s průřez vodče, ρ ([ ] = Ω m) ρ - specfcký odpor vodče Specfcká (měrná) vodvost = konduktvta κ κ = κ ρ [ ] = S m Specfcký odpor je pro vodč I. třídy charakterstckou konstantou závslou pouze na teplotě s rostoucí teplotou vzrůstá. Specfcká vodvost roztoku elektrolytu/ů se s rostoucí teplotou zvyšuje (opačná závslost než u kovů) a závsí na koncentrac elektrolytu/ů. Molární vodvost elektrolytu Λ Λ = κ Λ c [ ] = S m 2 mol - Pozor na jednotky! I molární vodvost elektrolytu na jeho koncentrac závsí. 22

2 Závslost molární vodvost Λ na analytcké koncentrac je pro několk elektrolytů znázorněna na obrázku. 5 4 HCl Λ HCl Λ HCOOH Λ lmtní molární vodvost elektrolytu = molární vodvost elektrolytu př nekonečném zředění (u slabých elektrolytů musí být zajštěna úplná Λ /S cm 2 mol 3 2 HCOOH dsocace). KCl Λ KCl c /mol dm -3 Slabé elektrolyty Arrhenův vztah α = Λ Λ přblžný, nezahrnuje vlv vzájemných nterakcí ontů Slné elektrolyty Kohlrauschův zákon pro un-unvalentní elektrolyty Λ = Λ Κ c, kde K je tzv. Kohlrauschova konstanta. Tento vztah platí pouze př nízkých koncentracích. 23

3 Kohlrauschův zákon neodvslého putování ontů Λ = ν + λ+ + ν λ, z+ z ve kterém λ označují lmtní molární vodvost katontů a anontů elektrolytu K. + a λ A ν+ ν Z grafu závslost Λ na c je patrné ( HCl) > Λ ( HCOOH) Λ ( KCl) Λ >> a na základě Kohlrauschova zákona neodvslého putování ontů je možné soudt λ >> λ > λ. + H 3 O Cl HCOO ( λ S cm mol, λ 76 S cm mol, λ 55S cm mol, λ + H3O Cl HCOO K 74 S cm 2 mol ) POHYBLIVOST IONTŮ Ideální roztok Ionty v roztoku vystaveném působení elektrckého pole mgrují. Hnací slou je síla elektrcká F e, pro jejíž velkost platí Fe = z ee, kde z je nábojové číslo -tého ontu, e je elementární náboj a E ntenzta elektrckého pole. Tato síla, udílející ontu zrychlení, je kompenzována opačně orentovanou vskoztní slou F, která vznká jako důsledek pohybu ontu. Pro vskoztní sílu působící na kulovou částc o poloměru a, která se pohybuje rychlostí v v prostředí o vskoztním koefcentu η, platí Stokesův vztah F = 6π η av. 24

4 V ustáleném stavu F e = F z e v = E, 6πηa kde a je tzv. hydrodynamcký poloměr -tého ontu, tj. poloměr ontu včetně jeho solvátového obalu. Rychlost mgrace daného ontu je úměrná ntenztě elektrckého pole a koefcentem úměrnost je pohyblvost ontu U. Defnce U v = U E 2 [ ] = m V s Pro pohyblvost -tého ontu v deálním roztoku platí U z e =. 6πηa 25

5 Reálný roztok Pohyblvost ontu je též funkcí ontové síly roztoku. Konstantou charakterstckou pro daný on a dané rozpouštědlo se stává až př nekonečném zředění - lmtní pohyblvost U. Debyeova - Hückelova Onsagerova teore závslost pohyblvost na ontové síle vychází z představy ontové atmosféry. Schematcké znázornění kulově symetrcké ontové atmosféry, kdy se pozce jejího těžště x shoduje s pozcí centrálního ontu nesymetrcké ontové atmosféry v roztoku vystaveném působení vnějšího elektrckého pole x Relaxační efekt V elektrckém pol se nestíhá vytvářet (relaxovat) kulově symetrcká atmosféra nábojové těžště ontové atmosféry se neshoduje s pozcí centrálního ontu vzájemné brzdění pohybu ontů. Elektroforetcký efekt = umocnění vskoztního brzdění v důsledku pohybu ontové atmosféry v opačném směru kromě chaotcky se pohybujících molekul vody (rozpouštědla) jsou v okolí centrálního ontu molekuly vody vázané v první hydratační vrstvě protontů, které se společně s nm pohybují v opačném směru než centrální on. Relaxační a elektroforetcký efekt snžují rychlost pohybu ontu a tím jeho vodvost. Onsagerův lmtní vztah pro slný un-unvalentní elektrolyt má tvar ( Λ B ) c Λ = Λ, B + 2 ve kterém B a B 2 jsou konstanty zahrnující teplotu a charakterstky rozpouštědla. 26

Podobné dokumenty

Zkouškový test z fyzikální a koloidní chemie

Zkouškový test z fyzikální a koloidní chemie Zkouškový test z fyzkální a kolodní cheme VZOR/1 jméno test zápočet průměr známka Čas 9 mnut. Povoleny jsou kalkulačky. Nejsou povoleny žádné písemné pomůcky. Uotázeksvýběrema,b,c...odpověd b kroužkujte.platí: