Stromtransport in Flüssigkeiten Elektrolytische Leitung

Inhalt Elektrolyse Faraday Gesetze Solvatation, Hydradation

Aggregatzustand, Ladungsträger und elekt. Leitfähigkeit Vakuum Gas Flüssig Fest Elektronen Ionen 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

Frequenzbereich der Oszillationen im elektrolytischen Bereich 77,5 kHz DCF 77 9 GHz Cs Uhr 50 kV Röntgen-strahlung 2,5GHz Mikro-wellenherd 60 kHz (Versuch) 50 Hz (Netz) Kosmische Sekundär-Strahlung 380 nm Violett 7,9 1014Hz 780 nm rot 3,8 1014Hz Frequenzbereich der Oszillationen im elektrolytischen Bereich

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

Aufbau zur Elektrolyse I + - Anode Kathode Elektrolyt

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

Elektrolytische Leitung ist Ionen Transport mA 2 Cu Cu CuSO4 Lösung SO4 Anion mit Hydrathülle Cu-Kation mit Hydrathülle Cu-Anode Cu-Kathode 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.

Versuch Leitung in reinem H2O (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.

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 m = M · Q / (z · F) 1 kg Masse der Teilchen mit Molmasse M und Wertigkeit z bei transportierter Ladung Q F = 9,65·104 C/mol Faraday-Konstante M = NA · A · u kg/mol Molmasse NA = 6,02 ·1023 1 / mol Avogadro-Konstante: Anzahl der Teilchen in einem mol A 1 Massenzahl, A=12 für C u = 1,6605 ·10-27 Atomare Masseneinheit, 1/12 des Gewichts eines Kohlenstoff-Atoms (C) „Erstes Faradaysches Gesetz“: Die abgeschiedene Masse ist zur transportierten Ladungsmenge proportional

Zweites Faradaysches Gesetz: Ladung und Wertigkeit, Q ~ z Die Wertigkeit z ist der „Multiplikator“ beim Ladungstransport m1 / m2 = Äe 1 / Äe 2 1 As Durch gleiche Ladung abgeschiedene Massen der Stoffe 1 und 2 verhalten sich wie ihre elektrochemischen Äquivalente Äe = M / z kg/C Elektrochemisches Äquivalent z 1 Wertigkeit „Zweites Faradaysches Gesetz“ (folgt unmittelbar aus dem ersten): „Die durch gleiche Ladungen aus Elektrolyten abgeschiedenen Massen verhalten sich wie die elektrochemischen Äquivalente“

Speziell: Ladung zum Transport eines mols eines Stoffes Q = F · z 1 As/mol Ladung Q bei Transport eines mols eines Stoffes mit Wertigkeit z F = 9,65·104 1C / mol Faraday-Konstante z 1 Wertigkeit F = NA · e Faraday-Konstante: Produkt aus Avogadro-Konstante und Elementarladung NA = 6,02 ·1023 1 / mol Avogadro-Konstante: Anzahl der Teilchen in einem mol e = 1,60 · 10-19 1 C Elementarladung 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

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

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

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