Ισοδύναμη αγωγιμότητα

Ισοδύναμη αγωγιμότητα

Η αγωγιμότητα ενός όγκου διαλύματος που περιέχει ένα ισοδύναμο ηλεκτρολύτη είναι γνωστή ως ισοδύναμη αγωγιμότητα. Το σύμβολο για την ισοδύναμη αγωγιμότητα είναι Λ.

Θεωρήστε τον όγκο του διαλύματος Vcm³ που έχει ένα ισοδύναμο ηλεκτρολύτη. Έχει την ίδια αγωγιμότητα με την ισοδύναμη αγωγιμότητα, Λ.

Γνωρίζουμε επίσης ότι η ειδική αγωγιμότητα, κ αναφέρεται στην αγωγιμότητα που υποδεικνύεται από ένα διάλυμα 1 cm³ που περιέχει αυτόν τον ηλεκτρολύτη.

δηλαδή,

αγωγιμότητα του Vcm³ ——— Λ

αγωγιμότητα 1 cm³———κ

Επομένως,

=κ×V ………. εξίσωση (1)

Η κανονικότητα(N) μιας λύσης μπορεί να δοθεί ως:

N=ne/V (σε cc)×1000 ………εξίσωση (2)

Στην παραπάνω εξίσωση, αριθμός ισοδυνάμων, ne=1

Όταν βάλουμε την τιμή του ne στην εξίσωση (2) παίρνουμε,

V (σε cc)=1000/N 

Τώρα όταν βάζουμε την τιμή του V στην εξίσωση (1) παίρνουμε,

=κ×1000/N 

Μονάδα ισοδύναμης αγωγιμότητας

Η μονάδα ισοδύναμης αγωγιμότητας είναι ohm-¹cm²/γραμμάριο

Ή  siemens m²/gram

Μοριακή αγωγιμότητα

Μοριακή αγωγιμότητα είναι η αγωγιμότητα ενός όγκου διαλύματος που περιέχει ένα mole ενός ηλεκτρολύτη.

Συμβολίζεται με το σύμβολο Λ mor μ.

Η μοριακή αγωγιμότητα σχετίζεται με συγκεκριμένη αγωγιμότητα, όπως:

μ =κ.V 

Ή

μ =κ.1000/M 

Στην παραπάνω σχέση,

M είναι η μοριακότητα του διαλύματος

Μονάδα γραμμομοριακής αγωγιμότητας 

Η μονάδα μοριακής αγωγιμότητας είναι cm2 . ohm-¹ . mol-¹

Ή m². Siemens. mol -¹.

Η σχέση μεταξύ ισοδύναμης αγωγιμότητας και μοριακής αγωγιμότητας, Λ m μπορεί να εκφραστεί ως:

Λ m=×(ισοδύναμος συντελεστής του ηλεκτρολύτη) 

Συγκεκριμένη αγωγιμότητα

Η αγωγιμότητα ενός ηλεκτρολυτικού διαλύματος που περικλείεται μεταξύ δύο ηλεκτροδίων σε απόσταση 1 cm και επιφάνειας 1 cm² ονομάζεται ειδική αγωγιμότητα (L). Για να το θέσουμε διαφορετικά, η ειδική αγωγιμότητα (L) μπορεί να οριστεί ως η αγωγιμότητα ενός διαλύματος 1 cc που περικλείεται μεταξύ δύο ηλεκτροδίων που χωρίζονται κατά 1 cm.

Η μονάδα ειδικής αγωγιμότητας (L) είναι ohm-¹ cm-¹ Ή  siemens m-¹

Ο αριθμός των ιόντων που υπάρχουν ανά cc διαλύματος, το φορτίο των ιόντων και η ταχύτητα των ιόντων επηρεάζουν την ειδική αγωγιμότητα (L). Επηρεάζεται επίσης από τη θερμοκρασία του ηλεκτρολυτικού διαλύματος, αυξάνοντας κατά 2% για κάθε βαθμό που αυξάνεται η θερμοκρασία. Ως αποτέλεσμα, καθώς το διάλυμα ισχυρού ηλεκτρολύτη αραιώνεται, η ποσότητα των ιόντων ανά cc μειώνεται ενώ η ταχύτητα των ιόντων αυξάνεται. Ωστόσο, το πρώτο στοιχείο έχει προτεραιότητα έναντι του δεύτερου και το L μειώνεται όταν το διάλυμα αραιώνεται.

Νόμος Kohlrausch

Ο συνολικός αριθμός ιόντων που είναι σταθεροποιημένοι σε διάλυμα ηλεκτρολύτη ισοδύναμου 1 γραμμαρίου ρυθμίζεται πάντα, δεδομένου ότι το διάλυμα ισχυρού ηλεκτρολύτη διαχωρίζεται πλήρως σε οποιαδήποτε συγκέντρωση. Ως αποτέλεσμα της μικρότερης ενδοιονικής αλληλεπίδρασης μεταξύ των ιόντων, η ταχύτητα των ιόντων αυξάνεται με την αραίωση. Οι διαιονικές δυνάμεις έλξης διαχέονται σε μια ορισμένη αραίωση και οι περιοριστικές τιμές πλούτου εξαφανίζονται. Για ένα ισχυρό διάλυμα ηλεκτρολύτη που υπακούει στο νόμο Kohlrausch της ανεξάρτητης μετανάστευσης, ονομάζεται ισοδύναμη αγωγιμότητα σε άπειρη αραίωση (Λ0).

Εφαρμογή μέτρησης αγωγιμότητας 

• Η ικανότητα ενός διαλύματος ηλεκτρολύτη να άγει ηλεκτρισμό είναι άμεση απόδειξη της παρουσίας ιόντων στο διάλυμα. Η συμπεριφορά των ιόντων σε ένα διάλυμα μπορεί να προσδιοριστεί πειραματικά με τη μέτρηση της αγωγιμότητας.
• Οι μετρήσεις ηλεκτρικής αγωγιμότητας χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό φυσικών μεγεθών όπως το τελικό σημείο μιας ογκομέτρησης οξέος-βάσης, η διαλυτότητα των ελάχιστα διαλυτών αλάτων, το ιοντικό προϊόν του νερού και η χημική κινητική των διεργασιών.
• Στη γεωργική βιομηχανία, η μέτρηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του εδάφους είναι απαραίτητη για την υγεία και την ανάπτυξη των καλλιεργειών. Χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση σημαντικών θρεπτικών στοιχείων του εδάφους όπως ο φώσφορος, τα νιτρικά άλατα, το ασβέστιο και το κάλιο, τα οποία είναι όλα σημαντικά για την ανάπτυξη των φυτών.
• Η αγωγιμότητα είναι μια γρήγορη και εύκολη προσέγγιση για τον προσδιορισμό της διαλυτότητας ενός άλατος που είναι ελάχιστα διαλυτό, όπως ο χλωριούχος άργυρος (AgCl).

Παράγοντες που επηρεάζουν την ισοδύναμη αγωγιμότητα

• Θερμοκρασία:Η αγωγιμότητα ενός διαλύματος ηλεκτρολύτη αυξάνεται καθώς η έκταση του ιονισμού αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας.
• Οι ισχυροί ηλεκτρολύτες υφίστανται πλήρη ιονισμό, με αποτέλεσμα υψηλότερη αγωγιμότητα λόγω του μεγαλύτερου αριθμού ιόντων που παράγονται.
• Οι ασθενείς ηλεκτρολύτες, από την άλλη πλευρά, είναι μερικώς ιονισμένοι και επομένως έχουν χαμηλή αγωγιμότητα στα διαλύματά τους.
• Ιονικό μέγεθος και κινητικότητα:Καθώς το μέγεθος ενός ιόντος αυξάνεται, η κινητικότητά του μειώνεται και η αγωγιμότητά του μειώνεται.
• Λόγω της γενικής φύσης του διαλύτη και του ιξώδους του, η ιοντική κινητικότητα μειώνεται σε πιο ιξώδεις διαλύτες. Η αγωγιμότητα μειώνεται ως αποτέλεσμα.
• Με την αύξηση της συγκέντρωσης του διαλύματος, η ειδική αγωγιμότητα αυξάνεται καθώς αυξάνεται ο αριθμός των ιόντων ανά μονάδα όγκου.
• Η ισοδύναμη αγωγιμότητα και η μοριακή αγωγιμότητα, από την άλλη πλευρά, αυξάνονται όταν η ποσότητα του ιονισμού μειώνεται με τη μείωση της συγκέντρωσης (δηλαδή, αραίωση).

Συμπέρασμα

Η ισοδύναμη αγωγιμότητα ενός ηλεκτρολύτη ορίζεται ως η αγωγιμότητα ενός όγκου διαλύματος που περιέχει ένα ισοδύναμο βάρος διαλυμένης ουσίας όταν τοποθετείται μεταξύ δύο παράλληλων ηλεκτροδίων σε απόσταση 1 cm μεταξύ τους και αρκετά μεγάλο ώστε να χωράει ολόκληρο το διάλυμα. Το Λ εκτιμάται από μια συγκεκριμένη αγωγιμότητα αντί να προσδιορίζεται άμεσα. Αν C είναι η συγκέντρωση ανά κυβικό εκατοστό, τότε 1000/C είναι ο όγκος που περιέχει ένα ισοδύναμο της διαλυμένης ουσίας. Καθώς το Ls είναι η αγωγιμότητα ενός κύβου εκατοστού του διαλύματος, η αγωγιμότητα των 1000/C cc, θα είναι

Λ=1000Ls/C