Post on 17-Oct-2015
description
CONDUCTIVITATEA ELECTRICA A UNUI ELECTROLIT
Se considera o incinta cu un electrolit in care sunt ioni (+) si (-), de exemplu o solutie de NaCl dizolvat in apa. Campul electric de intensitate E actioneaza cu o forta de tip electrostatic asupra unui ion cu sarcina q,
F = q E; ionii (+) se indreapta spre electrodul (-) si invers. La deplasarea prin lichid, ionii intampina o rezistenta datorata frecarilor, iar forta care se opune miscarii este proportionala cu viteza de deplasare si cu coeficientul de vascozitate:
Fr = - k v.
Sub actiunea simultana a acestor forte, un ion oarecare se deplaseaza cu viteza constanta atunci cand cele doua forte se echilibreaza. Viteza de deplasare are astfel marimea (in modul):
v = (q/k) E = u E * unde u reprezinta mobilitatea ionului si este o marime dependenta de tipul de ion (prin sarcina lui) si de tipul de electrolit (prin vascozitatea acestuia). Considerand ca in electrolit sunt n molecule in unitatea de volum si o fractiune dintre acestea disociaza in ioni (+) si (-), cu mobilitatile u+, respectiv u-, rezulta ca in incinta sunt un numar de n molecule disociate in ioni, in unitatea de volum. Intensitatea curentului electric intre electrozi se poate exprima prin
i = qt =
q+ + q( )t =
q+nVt +
qnVt =
q+n v+ t( ) S[ ]t +
qn v t( ) S[ ]t
= qn v+ + v( )S = qn u+ + u( )ES
unde variatia sarcinii se refera la un volum elementar caracterizat de aria sectiunii S prin care trec ionii in electrolit in drumul lor spre un electrod sau celalalt, si de distanta elementara de deplasare
v t( ). Referitor la sectiunea S se poate exprima densitatea de curent
J = iS = q n( ) u+ + u( )E = E ,
expresie in care se identifica si conductivitatea electrolitului (valabila pt. solutii electrolitice diluate)
= q n( ) u+ + u( ). Unitatea de masura pentru conductivitatea electrica in Sistem International este
=
=
=
=
mS
m1
m1
VA
m1
sV1C
V/mm/s
m1C 3
, unde
- Ohm si S - Siemens.
CONDUCTIVITATEA ELECTRICA A UNUI ELECTROLIT
Exemplu: determinarea conductivitatii electrice a solutiei obtinute prin dizolvarea a 5 grame de NaCl intr-un litru de apa. - se determina concentratia molara a solutiei:
C = 5 grame1 litru 1
mNa + mCl=
5 103110-3
1
23+ 35.5( ) 103= 85.5 mol
m3
unde masele atomice pentru Na si Cl sunt
mNa = 23 g/mol[ ] si
mCl = 35.5 g/mol[ ] . - daca se considera dizolvarea completa a NaCl in apa rezulta ca = 1 - se calculeaza conductivitatea solutiei:
= q n( ) uNa + uCl( ) = FC uNa + uCl( )
= 96487 85.5 0.52 + 0.79( ) 107 = =1.13 S/m[ ]
unde F este numarul lui Faraday, iar uNa si uCl sun sunt mobilitatile in camp electric ale ionilor de Na si Cl:
F = 96487 C/mol[ ]
uNa = 0.52 10-7 m/sV/m
uCl = 0.79 10-7 m/sV/m
Valori tipice pentru mobilitatea altor tipuri de ioni:
uK = 0.76 10-7 m/sV/m
,
uCa = 0.62 10-7 m/sV/m
,
uMg = 0.54 10-7 m/sV/m
Valori tipice pentru conductivitatea unor substante si tesuturi biologice (determinate in c.c.): sange
= 0.67 S/m[ ] apa ultra pura
= 0.55 105 S/m[ ] plaman
= 0.05 S/m[ ] apa deionizata
=104 S/m[ ] ficat
= 0.14 S/m[ ] apa de robinet
= 0.05 S/m[ ] grasime
= 0.04 S/m[ ] apa de mare
= 5 S/m[ ] citoplasma
= 0.5 S/m[ ] membrana celulara
=105..107 S/m[ ]