Elektrolitikus disszociáció

Az elektrokémiában a semleges molekulák elektromosan töltött ionokra való szétesését elektrolitikus disszociációnak nevezik.

Kémiai leírásaSzerkesztés

DisszociációSzerkesztés

Az erős elektrolit az oldatban kizárólag ionok vagy ionasszociátumok[pontosabban?] formájában van jelen. Az elektrolitoldatok és a nem disszociált molekulák egészükben semlegesek, így az elektromos töltések algebrai összege az egész oldatban zérus, azaz

 ,

ahol az oldatban s számú különböző ion van jelen, az i-dik ion molalitása m, töltésszáma z. Az ellentétes töltésű ionok vonzzák egymást, makroszkopikus méretekben a pozitív és negatív töltésű ionok nem válnak szét (elektroneutralitás elve, azaz  ). Elektrolitoknak ionokra történő szétesésének általános egyenlete szerint:

 ,

melyben K a kation, A az anion, z+ a kation töltésszáma, z− az anion töltésszáma, v+ a kation sztöchiometriai együtthatója, v− az anion sztöchiometriai együtthatója a disszociáció egyenletében.

Az erős elektrolitok már 0,1–0,01 M koncentrációjú oldatban gyakorlatilag teljesen disszociálnak, gyenge elektrolitoknál ugyanilyen koncentrációnál csak néhány tized vagy század százalék az arány. A nem disszociált elektrolitok oldataiban csak szolvatált kationok és anionok vannak és semmi sem utal ellentétes töltésű ionok tartós asszociátumának képződésére (kevés ilyen elektrolit van, de például ilyen a kálium-klorid, néhány alkálifém- és átmenetifém-halogenid).

Ionok relatív sebességeSzerkesztés

Az ionok az elektrolitoldatban áram hatására az ellentétes töltésű elektród felé mozognak. Az elmozdulás sebessége az anionok és kationok esetében nem ugyanaz. Hittorf tanulmányozta ezt a jelenséget a fent említett szempontból, megfigyeléseinek összegzését a Hittorf-szabály is megőrizte. Ez azt állítja, hogy bármely elektród körül a koncentráció csökkenése arányos az ellentétes irányba mozgó ionok sebességével. Vegyük példaként az ezüst-nitrát oldat elektrolízisét, ezüst elektródokat felhasználva. Ha a kísérletet végrehajtanánk, azt találnánk, hogy az anód körül az ezüst-nitrát koncentrációja nem csökken, hanem növekszik – ami jól láthatóan ellentétes a korábban megfigyeltekkel.

 
A Hittorf-módszer

Átviteli számSzerkesztés

Az elektrolízis közben az áram folyását a kationok és az anionok biztosítják. Ennek részarányát az átviteli szám vagy Hittorf-szám adja meg. Ha  az anion,  a kation mozgási sebessége, akkor azt írhatjuk, hogy   és  . Ha a sebességek viszonyszáma   r, akkor némi átrendezéssel azt kapjuk, hogy  , amely az átviteli szám. Az átviteli szám meghatározására a Hittorf-elvet alkalmazták. Az ionra vonatkozó átviteli szám tehát az elektród közeli koncentrációesésből következik (a kísérlet vázlata a képen látható). A készüléket ezüst-nitrát oldattal telítik, miközben néhány órán keresztül 10−2 A áramerősségnek teszik ki.

Kohlrausch-törvénySzerkesztés

Végtelen híg elektrolitoldatok tulajdonságait tanulmányozva Kohlrausch megállapította, hogy ilyen oldatokban a vezetőképesség kialakulásához minden egyes ion hozzájárul. Ez a Kohlrausch-törvény (1875), mely szerint tehát a végtelen hígítású elektrolitoldatokban az ekvivalens vezetőképesség egyenlő az oldatban lévő egyes elektrolitok vezetőképességének összegével, képletesen   (dimenziója  ).

Gyenge elektrolitok oldatban kevéssé disszociáltak, még nagy hígítású oldatokban sem. A hagyományos módszer az oldat vezetőképességének megállapítására ilyen módon nem lehetséges, a Kohlrausch-törvény viszont segítséget nyújthat ebben. Alkalmazzuk az átviteli számnál felvázolt sémát a vezetőképességre, ekkor  , ez átrendezéssel az elektrolit vezetőképességére a következő formulát nyújtja:

 

ForrásokSzerkesztés

  • Zoski, Cynthia. Student solutions manual : to accompany Electrochemical methods : fundamentals and applications, second edition [by] Allen J. Bard, Larry R. Faulkner. New York Great Britain: John Wiley (2002). ISBN 978-0-471-40521-4 
  • Natalia Vodolazkaya: Solutions, Electrolytic dissociation (Kharkov National University National University, Department of Physical Chemistry)
  • Lefrou, Christine. Electrochemistry :The Basics, with Examples. Berlin New York: Springer (2012). ISBN 978-3-642-30250-3 
  • Kiss. Elektrokémia (lv nyelven). Budapest: Semmelweis (2011). ISBN 978-963-331-147-9 

Kapcsolódó szócikkekSzerkesztés