Fizikai kémia I. a 13. VL osztály részére 2013/2014 Elektrokémia ‒ elektrolitok http://tp1957.atw.hu/fk_71.ppt Állapot: végleges

13. VL fizkém órái március – májusban 2014. 03. 12. Sz Ellenőrző kérdések kiadása (internet) 2014. 03. 20. Cs Ismétlés (49. óra) 5. témazáró dolgozat (50. óra) Új tananyag: Elektrokémia - bevezetés 2014. 04. 03. Cs Gyenge és erős elektrolitok Elektród, elektród-folyamatok, elektród- potenciál, galvánelem 2014. 04. 24. Cs Elektródok fajtái, elektrolízis, Faraday- törvények, az elektrolízis hatásfoka Ellenőrző kérdések kiadása (internet) Házi feladat kiadása 2014. 05. 15. Cs Ismétlés (61. óra) 6. témazáró dolgozat (62. óra) Házi feladat beadása (Segítség a házi feladathoz)    

Elektrolitok fajlagos vezetése Az elektrolitok fajlagos vezetése függ az elektrolit anyagi minőségétől, a hőmérséklettől (T↑ → ↑), a koncentrációtól.   erős sav erős lúg sóoldat T c

A moláris fajlagos vezetés Az egymástól 1 m-re lévő elektródok között 1 mol elektrolitot tartalmazó oldat vezetése a moláris fajlagos vezetés. A fajlagos és a moláris fajlagos vezetés közti összefüggés: Λ = ·V Λ a moláris fajlagos vezetés, V a hígítás (V = 1/c) A moláris fajlagos vezetés függ az anyagi minőségtől, a hőmérséklettől és a hígítástól. Λ erős sav erős lúg sóoldat gyenge sav V

A moláris határvezetés A moláris fajlagos vezetés a hígítás növelésével egy határértékhez közelít. A végtelen híg oldat (V ≈ ∞, c ≈ 0) moláris vezetése a moláris határvezetés (Λ∞). Ezt extrapolációval kaphatjuk meg: Λ A diagram elvi alapja a Kolrausch törvény: Λ∞ ‒ Λ = k· Λ∞ x x x x

Az ion-mozgékonyság Az azonos koncentrációjú elektrolitok különböző fajlagos vezetésének oka, hogy másmilyen ionok vannak bennük. Az abszolút ion-mozgékonyság (u) azt mutatja meg, hány m/s sebességgel halad az ion 1 V/m feszültség-esés hatására. A következő dián néhány ion abszolút mozgékonyságát láthatjuk. Az egyes ionok értékei közt nincs nagy különbség, kivéve az oxónium-iont és a hidroxid-iont, a víz saját ionjait. Ezeknek más a vezetési mechanizmusuk: nem kell végig „tolakodniuk” a vízmolekulák közt, hanem azokon „ugrálva” haladnak.

Ionok abszolút mozgékonysága Vízben, 25 °C-on ion u, abszolút ion-mozgékonyság, m2/(s·V) OH– 20,5·10–8 [Fe(CN)6]4– 11,45·10–8 [Fe(CN)6]3– 10,47·10–8 SO42– 8,27·10–8 Br– 8,13·10–8 I– 7,96·10–8 Cl– 7,91·10–8 NO3– 7,40·10–8 ClO4– 7,05·10–8 F– 5,70·10–8 HCO3– 4,61·10–8 CH3COO– 4,24·10–8 ion u, abszolút ion-mozgékonyság, m2/(s·V) H3O+ 36,3·10–8 Rb+ 7,92·10–8 K+ 7,62·10–8 NH4+ 7,61·10–8 La3+ 7,21·10–8 Ba2+ 6,59·10–8 Ag+ 6,42·10–8 Ca2+ 6,12·10–8 Cu2+ 5,56·10–8 Na+ 5,19·10–8 Li+ 4,01·10–8

A relatív ion-mozgékonyság A relatív ion-mozgékonyság az abszolút ion-mozgékonyság és a Faraday-állandó szorzata:  = F·u (F = 96500 A·s/mol) A relatív ion-mozgékonyság mértékegysége így: Ez ugyanaz, mint a moláris fajlagos vezetés mértékegysége. A moláris fajlagos vezetés az ion-mozgékonyságokból: Λm = ·(k + a), ahol  a disszociációfok A moláris határvezetés a vegyületet alkotó ionok relatív ion-mozgékonyságainak összege: Λ∞(KA) = k,0 + a,0 ( = 1) Λ∞(NaCl) = (Na+) + (Cl‒) A relatív ion-mozgékonyságot moláris fajlagos ionvezetésnek is nevezik.

Az átviteli szám Az elektrolitot alkotó ionok koncentrációjuk és ion-mozgé-konyságuk arányában vesznek részt a vezetésben: Az átviteli szám (t) megmutatja, hogy az adott ion az elektro-liton áthaladó villamos töltés (F) hányad részét szállítja: Mivel F = Fk + Fa, az átviteli számok összege 1: tk + ta = 1 Az átviteli szám mérték nélküli, 1-nél kisebb szám. Értéke függ az elektrolit mindkét ionjának ion-mozgékonyságától, koncentrációjától, és a jelenlévő egyéb elektrolitoktól is. A nitrát-ion átviteli száma 18 ⁰C-on, 0,1 mol/dm3-es oldatok-ban: t(NO3‒, HNO3) = 0,147 t(NO3‒, LiNO3) = 0,649 t(NO3‒, KNO3) = 0,480

Gyenge elektrolitok vezetése Az ion-mozgékonyság függ az elektrolit koncentrációjától is, ezt jelezhetjük a jelölésben is: k,c, illetve a,c. Ezekkel felírva a moláris fajlagos vezetés: Λm = ·(k,c + a,c) A gyenge elektrolitokban az alacsony disszociáció miatt kicsi az ionkoncentráció, így az ionmozgékonyság közel annyi, mint végtelen hígításban: k,c = k,0 a,c = a,0 Λm = ·(k,c + a,c) = ·Λ∞ Ebből:

Ion-mozgékonyság számolási feladat Pt. 153/13. A w = 4,33%-os ecetsavoldat sűrűsége 1,005 g/cm3 és a fajlagos vezetése 0,122 S/m. Adja meg az oldat kon-centrációját, a moláris fajlagos vezetését, az ecetsav határ-vezetését, a disszociáció-fokot és a disszociáció-állandót, ha Λ∞(KCl) = 0,0130 Sm2/mol, Λ∞(CH3COOK) = 0,0100 Sm2/mol, Λ∞(HCl)= 0,0380 Sm2/mol! Λ∞(CH3COOH) = Λ∞(CH3COOK) + Λ∞(HCl) ‒ Λ∞(KCl) Λ∞(CH3COOH) = 0,01 + 0,038 ‒ 0,013 = 0,035 S·m2/mol c = w%··10/M = 4,33·1,005·10/60 = 0,725 mol/dm3. = 1,68·10-4 S·m2/mol = 0,0048 Kd = c·2 = 0,725 mol/dm3 ·0,00482 = 1,67·10-5 mol/dm3

Szakirodalom Tankönyvek (általános vegyipari technikusi szak részére) Dr. KOPCSA József: Fizikai kémia (technikusképzés, III. és IV. évf. számára) Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1998. Példatárak Dr. STANKOVICS Éva: Kémiai és fizikai kémiai szakmai vizsgafeladatok II/14. évfolyam tanulói jegyzet