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Stromtransport in Flüssigkeiten Elektrolytische Leitung.

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Präsentation zum Thema: "Stromtransport in Flüssigkeiten Elektrolytische Leitung."—  Präsentation transkript:

1 Stromtransport in Flüssigkeiten Elektrolytische Leitung

2 Inhalt Elektrolyse Faraday Gesetze Solvatation, Hydradation

3 Aggregatzustand, Ladungsträger und elekt. Leitfähigkeit Vakuum GasFlüssigFest ElektronenIonenElektronen Isolator Gut steuer- bar, z. B. in Röh- ren Normal- druck Elektro- lytische Leitung Halb- leiter Metall Spon- taner Durch- bruch z. B. Blitz In Grenzen: Nach Ak- tivierung: Ohmsche Leitung, U=R. I

4 60 kHz (Versuch) 2,5GHz Mikro- wellenherd 50 Hz (Netz) Kosmische Sekundär- Strahlung 50 kV Röntgen- strahlung 380 nm Violett 7, Hz 780 nm rot 3, Hz 9 GHz Cs Uhr 77,5 kHz DCF 77 Frequenzbereich der Oszillationen im elektrolytischen Bereich

5 Elektrolytische Leitung Der Ladungstransport erfolgt durch Ionen, also geladene Atome oder Radikale Im ungelösten Zustand sind alle Stoffe elektrisch neutral, deshalb ist diese Stromleitung immer mit Ionen in einer Lösung verbunden Elektrolyte sind Stoffe, deren Lösungen oder Schmelzen den Strom auf diese Weise leiten Hydratation: In Salzen, Säuren oder Basen, den Elektrolyten, wird im Wasser die Ionenbindung zugunsten der Anlagerung von Wasserdipolen an die einzelnen Ionen aufgebrochen Solvatation: Allgemein für die Anlagerung von Lösungsmitteln an Moleküle, Atome, Ionen oder Kolloide

6 Aufbau zur Elektrolyse I Anode Kathode +- Elektrolyt

7 Die Faraday Gesetze Erstes Gesetz: Ladungstransport erfordert Massentransport, die bewegte Masse ist proportional zur bewegten Ladung Zweites Gesetz: Die pro Teilchen transportierte Ladung ist proportional zu seiner Wertigkeit

8 Elektrolytische Leitung ist Ionen Transport SO 4 Anion mit Hydrathülle Cu-Kation mit Hydrathülle Cu Cu-Anode mA Cu-Kathode 0 2 Bei Anlegen einer Spannung fließt Strom, indem Cu von der Anode zur Kathode wandert, die Kathode wird schwerer, die Kathode leichter, die Konzentration der Cu Ionen in der Lösung bleibt konstant. CuSO 4 Lösung

9 Versuch Leitung in reinem H 2 O (nichtleitend), mit Zucker dazu (nichtleitend), mit Salz dazu (leitend) Leitung im Glasstab. Kalt. Isolator, heiß: leitfähig. Die Beweglichkeit der Alkali- Ionen im Glas nimmt mit steigender Temperatur zu.

10 m = M · Q / (z · F)1 kg Masse der Teilchen mit Molmasse M und Wertigkeit z bei transportierter Ladung Q F = 9,65·10 4 C/molFaraday-Konstante M = N A · A · ukg/molMolmasse N A = 6,02 · / mol Avogadro-Konstante: Anzahl der Teilchen in einem mol A1Massenzahl, A=12 für C u = 1,6605 · kg Atomare Masseneinheit, 1/12 des Gewichts eines Kohlenstoff-Atoms (C) Erstes Faradaysches Gesetz: Ladung und Masse, Q ~ m Der Ladungs- ist mit Massentransport verknüpft –Makroskopisch messbar, weil die schweren Ionen- und nicht die leichten Elektronen wandern Erstes Faradaysches Gesetz: Die abgeschiedene Masse ist zur transportierten Ladungsmenge proportional

11 m 1 / m 2 = Ä e 1 / Ä e 2 1 As Durch gleiche Ladung abgeschiedene Massen der Stoffe 1 und 2 verhalten sich wie ihre elektrochemischen Äquivalente Ä e = M / zkg/CElektrochemisches Äquivalent z1Wertigkeit Zweites Faradaysches Gesetz: Ladung und Wertigkeit, Q ~ z Die Wertigkeit z ist der Multiplikator beim Ladungstransport Zweites Faradaysches Gesetz (folgt unmittelbar aus dem ersten): Die durch gleiche Ladungen aus Elektrolyten abgeschiedenen Massen verhalten sich wie die elektrochemischen Äquivalente

12 Speziell: Ladung zum Transport eines mols eines Stoffes Die Faraday Konstante ist das Produkt aus zwei Konstanten, der Avogadro- Konstanten und der Elementarladung. Ihr Zahlenwert zeigt die zum Transport eines mols eines einwertigen Stoffes benötigte Arbeit Q = F · z1 As/mol Ladung Q bei Transport eines mols eines Stoffes mit Wertigkeit z F = 9,65·10 4 1C / molFaraday-Konstante z1Wertigkeit F = N A · e 1C / mol Faraday-Konstante: Produkt aus Avogadro-Konstante und Elementarladung N A = 6,02 · / mol Avogadro-Konstante: Anzahl der Teilchen in einem mol e = 1,60 · CElementarladung

13 Ionenleitung in der Natur Die Informationsverarbeitung in Nervenzellen beruht auf Ionenleitung Ionenpumpen in der Zellmembran verändern die Konzentration der K - und Na- Ionen zu beiden Seiten und bauen auf dies Weise eine Spannung auf Zum Potential Auf- und Abbau fließen Ionen durch spezielle Kanäle der Zellmembran

14 Zusammenfassung Bewegliche Ladungsträger in Flüssigkeiten: Ionen oder Radikale. Elektrolyte sind Stoffe, deren Lösungen oder Schmelzen den Strom auf diese Weise leiten Die Faradayschen Gesetze verbinden den Ladungs- mit dem Materialtransport Hydratation: Anlagerung von Wasserdipolen an Ionen Solvatation: Allgemein für die Anlagerung von Lösungsmitteln an Moleküle, Atome, Ionen oder Kolloide Bei nicht zu hohen Konzentrationen folgen Strom und Spannung dem ohmschen Gesetz

15 finis Strom fließt, wenn bei zwei Elektroden unterschiedlicher Materialien der Elektrolyt Ionen des edleren Metalls enthält Anion der Lösung Cu-Kation aus der Lösung Cu Zn


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