Điện hóa học dung dịch điện ly độ dẫn điện đương lượng

Độ dẫn điện của dung dịch điện ly4 quá trình chuyển động cơ bản trong dung dịch điện ly: • Đối lưu: Chuyển động chất hoặc năng lượng do nội lực • Truyền nhiệt: Gradient nhiệt độ giữa hệ

1

1 Độ dẫn điện của dung dịch điện ly

2 Phương pháp xác định độ dẫn điện, số tải và linh độ ion

3 Ảnh hưởng của các yếu tố tới độ dẫn điện và

số tải của dung dịch điện ly

CHƯƠNG IV

1 Độ dẫn điện của dung dịch điện ly

4 quá trình chuyển động cơ bản trong dung dịch điện ly:

• Đối lưu: Chuyển động chất hoặc năng lượng do nội lực

• Truyền nhiệt: Gradient nhiệt độ giữa hệ thống và môi trường

vi : tốc độ của hạt i đi qua đơn vị diện tích, cm s-1

1.1 Chuyển động của ion trong dung dịch

1.2 Phân loại độ dẫn điện

Faraday phân loại:

- Dẫn điện loại một: điện tử

(kim loại, R nhỏ, độ dẫn giảm khi T tăng)

- Dẫn điện loại hai: ion

(dd điện ly, nóng chảy, điện ly rắn, keo, chất lỏng ion, khí ion hóa, …)

Dung dịch điện ly:

Cả cation và anion đều tham gia vào quá trình dẫn điện.

- Phụ thuộc nồng độ

- R nhỏ, độ dẫn điện tăng khi T tăng

* Polymer dẫn điện: điện tử và ion

* Chất bán dẫn: điện tử và lỗ trống

R lớn hơn KL – cần năng lượng kích thích, độ dẫn điện tăng khi T tăng)

1.3 Độ dẫn điện, độ dẫn điện riêng, độ dẫn

điện mol, đương lượng

Độ dẫn điện (G): nghịch đão với điện trở (R):

l: khoảng cách giữa 2 bảng điện cực, m

Cho hai bảng điện cực có thiết diện

A đặt song song, độ dẫn đo được là:

1.3 Độ dẫn điện riêng

Độ dẫn điện riêng là độ dẫn của khối dung dịch nằm giữa hai

điện cực song song có thiết diện 1 cm 2 và cách nhau 1 cm

Theo hệ SI: độ dẫn điện riêng là độ dẫn của khối dung dịch nằm giữa hai điện cực song song có diện tích 1 m 2 và đặt cách nhau 1 m.

1 l l

1.3 Độ dẫn điện mol, đương lượng

Độ dẫn điện mol: Độ dẫn điện của khối dung dịch nằm giữa

hai điện cực cách nhau 1 cm và có thiết diện sao cho khối dung dịch đó chứa 1 mol chất điện ly.

1

: 1000.

s cm mol

κκ

khối dung dịch nằm giữa hai điện cực cách nhau 1 cm và

1.3 Độ dẫn điện mol, đương lượng

 Dung dịch điện ly mạnh lý tưởng : Λ không phụ thuộc nồng độ

 Dung dịch thật : Λ phụ thuộc vào nồng độ do:

– Tương tác ion – ion → γ ≠ 1

 Dung dịch điện ly yếu : Λ phụ thuộc vào nồng độ do:

- Phân ly không hoàn toàn của dd điện ly.

1.4 Linh độ ion, linh độ mol, đương lượng

Độ dẫn điện

Nồng độVận tốc chuyển độngĐiện tích

1

E X

u i: Linh độ ion (vận tốc tuyệt đối của ion)- Vận tốc chuyển động của

ion trong môi trường chất điện ly có điện trường là đơn vị (=1)

Độ dẫn điện mol ion, đương lượng ion : tích của linh độ ion với

số Faraday (linh độ đương lượng) λM = u i z.F →λN = u i F

n N

N e Z n

A

A A

A = − − =

+ +

- n+Z+/NA = số đương lượng

- Chất điện ly pl hoàn toàn ( α = 1)

6

i o i

N e

Z n e

Z

−

− +

Dd vô cùng loãng α = 1 và ký hiệu độ dẫn điện ở vô cùng loãng là

điện đương lượng của dung dịch vô cùng loãng bằng tổng linh độ

đương lượng (độ dẫn điện đương lượng cation và anion)

1000

Không có khái niệm độ dẫn điện đương lượng của một

hỗn hợp, chỉ có độ dẫn điện đương lượng của một chất điện

ly

Chú ý

1.5 Số tải của ion

V i khác nhau phần đóng góp của từng ion vào độ dẫn điện

Số tải (t i) : tỉ lệ đóng góp của loại ion i vào độ dẫn điện chung

Q

q I

i

i i

N

N t

λ λ

Nếu dung dịch chỉ có hai loại ion: t+ + t− = 1

− +

λ

t

Xác định hằng số điện ly của chất điện ly yếu

= Λ

− Λ

HA  A- + H+

(0,004 M) là 359 S cm2 mol-1 Độ dẫn điện mol tới hạn của HA là 385 S cm2 mol-1 Tính độ điện ly và hằng số phân ly Ka.

Tự tham khảo tài liệu !

2.3 Phương pháp xác định linh độ ion

Ví dụ: Điện phân dung dịch CuSO4 0,20 M để tính số tải Thể tích catolit

là 36,4 ml Lượng Cu ++ sau khi điện phân còn lại trong catolit là 0,44 g Lượng bạc giải phóng trong coulomb kế bạc là 0,285 g Tính số tải của các ion trong dung dịch sulfat đồng.

lượng tiêu tốn trong

quá trình điện phân

Phương pháp ranh giới chuyển động

A C

S q

N

V q

q

t + = + = . = . .

Ví dụ Trong một thí nghiệm xác định số tải của KCl, ống thí nghiệm có đường kính trong là 4,146 mm chứa KCl 0,021 mol/l Cường độ dòng điện là 18,2 mA Màng phân cách di chuyển được 318 mm sau thời gian 1000 giây Tính số tải của ion K+, vận tốc chuyển động tuyệt đối của K+ và linh độ đương lượng của K+

q là điện lượng, h là khoảng cách mà

màng AB đã dịch chuyển, S là thiết diện

ngang của ống thì:

3 Ảnh hưởng của các yếu tố tới độ dẫn

điện và số tải của dung dịch điện ly

3.1 Độ dẫn điện với bản chất của chất điện ly

3.2 Độ dẫn điện với bản chất dung môi

3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ

3.4 Sự phụ thuộc của số tải vào nhiệt độ

3.5 Sự phụ thuộc của độ dẫn điện chất điện ly mạnh vào nồng độ

1 Độ dẫn điện với bản chất của chất điện ly

Độ dẫn điện đương lượng ở 25 o C trong nước ([Λo] = S.cm 2 đlg−1)

H 2 SO 4

HCl

HNO 3

429,8 426,2 412,2

KOH

NH 4 OH NaOH

271,1 271,0 247,0

KCl KNO 3 NaCl

149,9 145,0 126,4 Acid > Baz > Muối

Linh độ đương lượng ion trong nước và bán kính của các ion ở 25 o C

Li +

0,68 38,7

Na +

0,98 50,1

Ag +

1,13 61,9

K +

1,33 73,5

Cs +

1,65 76,8

NH 4 +

73,0

Fe 2+

0,80 53,5

Cu 2+

0,80 54,0

Zn 2+

0,83 53,5

Cd 2+

0,99 54,0

Pb 2+

1,26 70,0

Ba 2+

1,38 63,7

Fe 3+

0,67 68,0

Al 3+

0,57 63,0

Cl−

1,81 76,3

Br−

1,96 78,3

I−

2,20 76,8

NO 3−

71,4

-OH−

198

-H 2 PO 4−

36,0

-HPO 4 2−

57,0

-SO 4 2−

80.0

2 Độ dẫn điện với bản chất dung môi

Định luật Walden-Pisajevski:

const v

e

Z e

N r

e

Z F

i

o

i i

o

A i

o

i io

π

η

λ πη

λ

6

.

6

2 o

o

i

o

i io

=

73,5 0,0187

50,1 0,0208

198,3 0,0196

76,35 0,0194

54,5 0,0144

Hệ số nhiệt độ của độ dẫn điện của một số ion

0,396 0,471 0,833

25

0,404 0,481 0,822 0.336 0.490

30

0,442 -

0,784

45

0,404

0,347 0,487

100

0,406

0,352 0,479

5 Ảnh hưởng của nồng độ đến độ dẫn điện

Độ dẫn điện riêng

Độ dẫn điện đương lượng

Luôn giảm khi nồng độ tăng

κ đầu tiên tăng khi nồng độ tăng, đạt cực đại, sau đó giảm.

Vị trí cực đại phụ thuộc vào bản chất và nồng độ của chất điện ly.

IV.3.5 Độ dẫn điện chất điện ly mạnh vào nồng độ

Thuyết Debye-Onsager giải đáp

Hiệu ứng điện di

Hiệu ứng bất đối xứng

Giải thích phương trình kinh nghiệm của Kohlrausch

Vì sao độ dẫn điện của chất điện ly mạnh giảm khi nồng độ tăng ?

Thuyết Debye-Onsager

Điện di

Bất đối xứng

C b

Z

đd = i đd

∆λ

2 / 1

e b

o

A A

o đd

εε πη

o

3 o

3

10

2 24

2 2

)

e Z

bdx λ

∆

λ = λo − (b đd + bbđxλo ) C

Hiệu ứng Wien: λ tăng đột ngột và tiến tới λo khi dùng xung

để đặt một điện trường rất lớn (X = 20-40 MV/m) vào dung dịch

Hiệu ứng Debye-Falkenhaghen: độ dẫn điện đương lượng tăng khi tăng tần số dòng xoay chiều