Ηλεκτρολυτική αγωγιμότητα

Ηλεκτρολυτική αγωγιμότητα αναφέρεται στην αγωγιμότητα με τη βοήθεια δύο ηλεκτρολυτών. Οι ηλεκτρολύτες δεν είναι παρά ένα διάλυμα μιας ουσίας που έχει ελεύθερα ιόντα στη ζώνη σθένους του ατόμου. Αυτά τα ιόντα είναι ασύζευκτα και ελεύθερα να κινούνται. Όταν τα μη συζευγμένα ιόντα κινούνται προς αντίθετα φορτισμένες ουσίες, υπάρχει μια ροή ρεύματος, η οποία ονομάζεται αγωγιμότητα.

Ο μηχανισμός, με απλά λόγια, είναι όταν δίνουμε ρεύμα στα ηλεκτρόδια, τα ασύζευκτα ιόντα μετακινούνται σε αντίθετα ηλεκτρόδια. Αυτό οδηγεί σε αγωγιμότητα. Υπάρχουν επίσης κάποιες επιπτώσεις άλλων καταστάσεων όπως η πίεση, η θερμοκρασία, ο ηλεκτρισμός κ.λπ. Αυτές οι καταστάσεις ενισχύουν και αποενισχύουν τη διαδικασία με τον δικό τους τρόπο. Θα μάθουμε όλα τα πράγματα περαιτέρω.

Πώς ακριβώς οι ηλεκτρολύτες άγουν το ηλεκτρισμό;

Θεωρήστε ένα δοχείο, στο οποίο υπάρχουν δύο ηλεκτρόδια (κάθοδος και άνοδος) βυθισμένα σε ένα ηλεκτρολυτικό διάλυμα δύο ουσιών. Ας υποθέσουμε ότι τα δύο διαλύματα ηλεκτρολυτών είναι τα Α και Β. Και τα δύο ηλεκτρόδια αποτελούνται από την ίδια ουσία, η οποία βρίσκεται σε ένα ηλεκτρολυτικό διάλυμα. Τα δύο ηλεκτρόδια (κάθοδος και άνοδος) συνδέονται μέσω του καλωδίου στο οποίο θα μπορούσε να υπάρχει διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος.

Τώρα όταν το ηλεκτρικό ρεύμα περνά μέσα από το αγώγιμο σύρμα, δημιουργείται η διαφορά δυναμικού. Όταν δημιουργείται η διαφορά δυναμικού, τα θετικά ελεύθερα ιόντα της ουσίας Α στον ηλεκτρολύτη πηγαίνουν προς τα αρνητικά ιόντα της ουσίας Β. και κολλάνε στο ηλεκτρόδιο Β. 

Ομοίως, τα αρνητικά ιόντα της ουσίας Β κινούνται προς το ηλεκτρόδιο Α και κολλάνε εκεί. Με αυτόν τον τρόπο, υπάρχει μια κίνηση θετικών και αρνητικών ιόντων, η αγωγιμότητα που παράγεται. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται Ηλεκτρολυτική αγωγιμότητα . Αυτός είναι ένας σύντομος μηχανισμός για το πώς λειτουργεί η ηλεκτρολυτική αγωγιμότητα.

Μαθηματικά Η ηλεκτρολυτική αγωγιμότητα εκφράζεται όπως δίνεται παρακάτω 

G =1/R =1/. A/l

Όπου G =ηλεκτρολυτική αγωγιμότητα

R =αντίσταση

Ρ =ειδική αντίσταση 

A =εμβαδόν διατομής ηλεκτροδίων

l =απόσταση μεταξύ ηλεκτροδίων

Τι είναι οι ηλεκτρολύτες;

Οι ηλεκτρολύτες είναι ουσίες που βοηθούν στην αγωγή του ηλεκτρισμού με τη βοήθεια ιόντων. Η αγωγιμότητα ενός ηλεκτρολύτη εξαρτάται από τον τύπο του ηλεκτρολύτη. Η ηλεκτρολυτική αγωγιμότητα συμβαίνει λόγω της κίνησης ελεύθερων ιόντων που έχουν διαφορετικά φορτία, τα οποία κινούνται προς αντίθετα φορτισμένα ηλεκτρόδια που είναι η κάθοδος και η άνοδος. Η κάθοδος και η άνοδος είναι θετικά φορτισμένα και αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόδια σε ένα κύκλωμα. Οι ηλεκτρολύτες διαχωρίζονται περαιτέρω ως προς την ικανότητά τους να αγώγουν και να κινούνται.

Αν κινηθούμε προς τη φύση των ηλεκτρολυτικών ουσιών, αυτές ταξινομούνται σε ισχυρούς και ασθενείς όξινους ηλεκτρολύτες και σε ισχυρούς και ασθενείς βασικούς ηλεκτρολύτες. Παραδείγματα ισχυρών όξινων ηλεκτρολυτών είναι HCl, HI, HBr και ισχυροί βασικοί ηλεκτρολύτες είναι NaOH, KOH, Ba(OH)2 κ.λπ. Παραδείγματα ασθενών όξινων ηλεκτρολυτών είναι οι HF, H2CO3 (ανθρακικό οξύ), HC2H3O2 (οξικό οξύ),  H3PO4 (φωσφορικό οξύ) κ.λπ. και οι ασθενείς βασικοί ηλεκτρολύτες είναι C5H5N (πυριδίνη), NH3 (αμμωνία) κ.λπ. 

Διαλύματα που χρησιμοποιούνται ως ηλεκτρολύτες

Οι τύποι διαλυμάτων που έχουν ελεύθερα ιόντα, ανεξάρτητα από θετικά και αρνητικά φορτία, και έχουν κάποιο καθαρό φορτίο ή ιοντική κίνηση, χρησιμοποιούνται ως ηλεκτρολύτες στη διαδικασία της ηλεκτρολυτικής αγωγιμότητας.

Ένας άλλος τρόπος επιλογής ενός ηλεκτρολυτικού διαλύματος είναι η επιλογή ουσιών που έχουν μερικές ή περισσότερες ακαθαρσίες. Αυτό θα κάνει το διάλυμα αγώγιμο με τον δικό του τρόπο.

Μερικοί ηλεκτρολύτες που χρησιμοποιούνται κυρίως είναι το κάλιο, το χλωρίδιο, το νάτριο, το μαγνήσιο, το φωσφορικό άλας και το ασβέστιο.

Παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η αγωγιμότητα του ηλεκτρολυτικού διαλύματος

Υπάρχουν ορισμένοι παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η αγωγιμότητα.

1. Θερμοκρασία
2. Κινητότητα ιόντων
3. Ιξώδες ηλεκτρολύτη
4. Διάσταση ενός ηλεκτρολυτικού στοιχείου
5. Η συγκέντρωση των ιόντων στα ηλεκτρολυτικά κύτταρα

Οι παράγοντες είναι αλληλένδετοι μεταξύ τους. Ας μάθουμε για αυτά εν συντομία.

Θερμοκρασία 

Όταν αυξάνουμε τη θερμοκρασία του διαλύματος, θα επηρεάσει αρνητικά τη μείωση του ιξώδους του ηλεκτρολυτικού διαλύματος και θα αυξήσει την κινητικότητα των ιόντων στο ηλεκτρολυτικό διάλυμα. Αυτό κάνει τα ιόντα να κινούνται πιο γρήγορα και να κάνει την αγωγιμότητα πιο γρήγορη.

Εν ολίγοις, θα υπάρξει αύξηση της ηλεκτρολυτικής αγωγιμότητας του διαλύματος. Και κάντε τη διαδικασία πιο γρήγορη.

Από την άλλη, αν μειώσουμε τη θερμοκρασία. Η κινητικότητα των ιόντων μειώνεται και κάνει τη διαδικασία πιο αργή. Έτσι, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η θερμοκρασία και η αγωγιμότητα είναι ευθέως ανάλογες μεταξύ τους.

Κινητότητα ιόντων

Κινητικότητα ιόντων σημαίνει με πόση ταχύτητα μπορεί να κινηθεί το ιόν. Η κινητικότητα ορίζεται ως η ταχύτητα μετατόπισης ηλεκτρονίων ή ιόντων. Αν δώσουμε θερμότητα, αυξάνεται η κινητικότητα. Δηλαδή, η ταχύτητα μετατόπισης των ιόντων αυξάνεται, και αυτό οδηγεί στην υψηλότερη αγωγιμότητα του κυττάρου. Εάν μειώσουμε τη θερμοκρασία, η κινητικότητα μειώνεται, πράγμα που σημαίνει ότι μειώνεται η ταχύτητα των ιόντων και μειώνεται επίσης η αγωγιμότητα.

Ιξώδες του ηλεκτρολύτη

Το ιξώδες ενός ρευστού είναι το μέτρο του πόσο ανθεκτικό είναι στην παραμόρφωση με συγκεκριμένο ρυθμό. Το ισοδύναμο της καθομιλουμένης στα υγρά είναι "πάχος":το σιρόπι, για παράδειγμα, έχει υψηλότερο ιξώδες από το νερό.

Η εσωτερική δύναμη τριβής που αναδύεται μεταξύ γειτονικών στρωμάτων ρευστού σε σχετική κίνηση μπορεί να θεωρηθεί ως ιξώδες. Όταν ένα παχύρρευστο ρευστό οδηγείται σε έναν σωλήνα, για παράδειγμα, ρέει πιο γρήγορα κοντά στον άξονα από ότι στα τοιχώματα του σωλήνα. Τα πειράματα αποκαλύπτουν ότι σε αυτήν την περίπτωση, απαιτείται κάποια πίεση (όπως μια διαφορά πίεσης μεταξύ των δύο άκρων του σωλήνα) για να διατηρηθεί η ροή. Αυτό οφείλεται στην πεποίθηση ότι είναι απαραίτητη μια ώθηση για να ξεπεραστεί η τριβή μεταξύ των ρευστών στρωμάτων, τα οποία βρίσκονται σε σχετική κίνηση. Η δύναμη αντιστάθμισης είναι ανάλογη με το ιξώδες του ρευστού σε ένα σωλήνα με σταθερό ρυθμό ροής.

Όταν το ιξώδες είναι υψηλό, υπάρχει χαμηλή ροή ιόντων ή μπορούμε να πούμε ότι εμποδίζει τη ροή των ιόντων, αυτό κάνει την αγωγιμότητα αργή. Και όταν υπάρχει χαμηλό ιξώδες, δεν υπάρχει πολύ εμπόδιο, οπότε τα ιόντα μπορούν να κάνουν τις κινήσεις τους εύκολα. Ως εκ τούτου, η ροή των ιόντων είναι υψηλή.

Έτσι, μπορούμε να πούμε ότι το ιξώδες και η αγωγιμότητα είναι αντιστρόφως ανάλογα μεταξύ τους.

Διαστάσεις ενός ηλεκτρολυτικού στοιχείου

Η διάσταση ενός ηλεκτρολυτικού στοιχείου αναφέρεται στο πόσο μεγάλη ή μικρή είναι ολόκληρη η κατασκευή. Η όλη κατασκευή ενός ηλεκτρολυτικού στοιχείου αποτελείται από ηλεκτρόδια, αγώγιμο σύρμα, δοχείο και ποσότητα ηλεκτρολύτη. Όλα αυτά τα πράγματα έφτιαξαν ηλεκτρολυτικά κύτταρα.

Εάν το μέγεθος του δοχείου είναι μεγάλο, τα ηλεκτρόνια ή τα ιόντα θα χρειαστεί να καλύψουν μεγαλύτερη απόσταση και θα απαιτήσουν περισσότερο χρόνο για να εκτελέσουν τη διαδικασία. Αυτό θα καθυστερήσει τη διαδικασία των ηλεκτρολυτικών στοιχείων.

Συμπεραίνουμε λοιπόν ότι αν οι διαστάσεις είναι περισσότερες, η διαδικασία θα χρειαστεί περισσότερο χρόνο για να ολοκληρωθεί. Και αυτό καθυστερεί τον ρυθμό των ηλεκτρολυτικών στοιχείων.

Η συγκέντρωση των ιόντων σε ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο

Η συγκέντρωση των ιόντων επηρεάζει επίσης το ρυθμό χρόνου της διεργασίας ενός ηλεκτρολυτικού στοιχείου. Σκεφτείτε εάν η ποσότητα του διαλύματος του ηλεκτρολύτη είναι μεγαλύτερη στο αντίστοιχο ηλεκτρολυτικό στοιχείο, τότε τα ιόντα θα απαιτήσουν περισσότερο χρόνο για να κολλήσουν στο αντίθετο ηλεκτρόδιο στο στοιχείο.

Επομένως, εάν η ποσότητα ενός ηλεκτρολύτη είναι μεγαλύτερη, τότε ο ρυθμός ολοκλήρωσης της διαδικασίας θα είναι μεγαλύτερος. Και από την άλλη, εάν η ποσότητα ενός ηλεκτρολύτη στο στοιχείο είναι μικρότερη, τότε ο απαιτούμενος χρόνος για την ολοκλήρωση της διαδικασίας θα είναι επίσης μικρότερος.

Η συγκέντρωση των ιόντων σε ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο είναι ευθέως ανάλογη με το ρυθμό ολοκλήρωσης της ηλεκτρολυτικής διαδικασίας. Και η αγωγιμότητα θα είναι πιο γρήγορη.

Μοριακή αγωγιμότητα

Η μοριακή αγωγιμότητα είναι μια κρίσιμη θεωρία για κατανόηση. Η έννοια της μοριακής αγωγιμότητας είναι απλή. είναι μια έκφραση με την οποία μετριέται η αγωγιμότητα.

Ορισμός μοριακής αγωγιμότητας; είναι ο λόγος της αγωγιμότητας προς αυτή της μοριακής συγκέντρωσης. Με άλλα λόγια, αν διαιρέσουμε την αγωγιμότητα ενός ηλεκτρολυτικού στοιχείου με τη μοριακή συγκέντρωση ενός ηλεκτρολύτη, τότε είναι γνωστή ως μοριακή αγωγιμότητα.

Μαθηματικά Μοριακή αγωγιμότητα εκφρασμένη όπως παρακάτω

m =KC

m (S m2 mol-1) =K (Sm-1) / 1000Lm-3 x Μοριακότητα (mol.L-1)   

• Οι μονάδες του είναι Sm2 molL-1.

Συμπέρασμα

Η παροχή ηλεκτρικού δυναμικού στα ηλεκτρόδια πυροδοτεί μια εσωτερική χημική αντίδραση μεταξύ των ηλεκτροδίων και των ιόντων του διαλύματος ηλεκτρολύτη που ενεργοποιεί ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο. Αυτό αναφέρεται ως ηλεκτρόλυση. Η ηλεκτρόλυση είναι μια εργασία που περιλαμβάνει την αποστολή ηλεκτρικού ρεύματος μέσω ενός ηλεκτρολύτη για την προσομοίωση χημικών αντιδράσεων. Τα κατιόντα μετάλλων και τα ανιόντα θεατών αντισταθμίζουν το διάλυμα ηλεκτρολύτη. Οι αντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής είναι μη αυθόρμητες και συμβαίνουν στο ίδιο δοχείο. Τα ηλεκτρόδια πρέπει πάντα να είναι συνδεδεμένα σε μια εξωτερική πηγή τροφοδοσίας για να συνεχίσετε.