Zusammenhang zwischen Konzentration und Widerstand wässriger Lösungen

Der Grund dafür ist einfach: Wenn Sie mehr Salz, das in Wasser ionisiert, auflösen, gibt es mehr Ionen zum " Shuttle" .Aufgrund der inhärenten kahotischen Zufallsbewegung auf atomarer Ebene kollidieren, verbinden und ionisieren sie fast gleichzeitig und augenblicklich, um den Zyklus erneut zu starten. Je mehr dieser Ionen für den Transport von Elektronen zur Verfügung stehen und auch einen dichten Cluster aus sich selbst bilden, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer schnelleren Kollision zum Neustart des Zyklus erhöht wird, desto leitfähiger oder weniger widerstandsfähig ist eine Salzlösung. Der oben erläuterte Prozess erklärt, warum eine wärmere Lösung bis zu einem gewissen Grad leitfähiger ist als eine kühlere, da die erhöhte kinetische Energie in der Lösung dazu beiträgt, die Kollisionshäufigkeit neutraler Atome zu erhöhen. Je mehr dieser Ionen für den Transport von Elektronen zur Verfügung stehen und auch einen dichten Cluster aus sich selbst bilden, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer schnelleren Kollision zum Neustart des Zyklus erhöht wird, desto leitfähiger oder weniger widerstandsfähig ist eine Salzlösung. Der oben erläuterte Prozess erklärt, warum eine wärmere Lösung bis zu einem gewissen Grad leitfähiger ist als eine kühlere, da die erhöhte kinetische Energie in der Lösung dazu beiträgt, die Kollisionshäufigkeit neutraler Atome zu erhöhen. Je mehr dieser Ionen für den Transport von Elektronen zur Verfügung stehen und auch einen dichten Cluster aus sich selbst bilden, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer schnelleren Kollision zum Neustart des Zyklus erhöht wird, desto leitfähiger oder weniger widerstandsfähig ist eine Salzlösung. Der oben erläuterte Prozess erklärt, warum eine wärmere Lösung bis zu einem gewissen Grad leitfähiger ist als eine kühlere, da die erhöhte kinetische Energie in der Lösung dazu beiträgt, die Kollisionshäufigkeit neutraler Atome zu erhöhen.

Wenn Sie ein Salz in Wasser auflösen, dissoziiert es in zwei Ionen (ein positiv geladenes Teilchen und ein ebenso negativ geladenes). Der Einfachheit halber rufen wir an$PN$das Salz u$P$Und$N$jeweils der positive und der negative Teil.

Ein Teil der Salzmoleküle dissoziiert in Wasser gelöst in Ionen. Treffen zwei Ionen aufeinander, können sie sich verbinden und wieder zu Salz werden. Im Gleichgewicht wird es einen Bruch geben$f$von Salzmolekülen, die während der verbleibende Teil dissoziiert werden$(1-f)$wird immer noch in Salzform sein. Also, wenn Sie eine Konzentration auflösen$c$von Salz in Wasser, Sie am Ende mit$fc=[P]$positive Träger (wo$[\cdot]$gibt die Konzentration an),$fc=[N]$Negativträger u$(1-f)c=[PN]$noch in Salzform.

(Warum es ein Bruch sein muss$fc$und nicht eine kompliziertere Funktion von$c$liegt an der Art der chemischen Reaktion$PN<=>P+N$)

Nun ist die Leitfähigkeit definiert als$J=\sigma E$(Wo$J$ist die Stromdichte und$E$das elektrische Feld). Der Strom ist proportional zur Anzahl der Ladungsträger und damit auch die Leitfähigkeit. Dies sind einfache Berechnungen, die Sie in Physik hätten machen sollen - googeln Sie sie einfach, aber ich denke, es macht Sinn: Je mehr Ladungsträger in der Nähe sind, desto mehr Ladung bewegt sich pro Zeiteinheit!

Nun hängt in diesem Fall die Anzahl der Träger von der Salzkonzentration ab$[P]+[N] \propto fc$und deshalb$\sigma \propto c$. Schließlich, weil der spezifische Widerstand definiert ist als$\sigma={1\over \rho}$Sie enden mit

Zusammenfassend hängt per Definition die Leitfähigkeit proportional von der Anzahl der Ladungen ab, also umgekehrt der spezifische Widerstand. Dann hängt wegen der Reaktion, die die Dissoziation des Salzes in Ionen verursacht, die Zahl der Ladungen von der Anfangskonzentration ab$c$auch proportional und damit auch die Leitfähigkeit und damit umgekehrt der spezifische Widerstand.

Wie Sie sehen können, liegt der Hauptgrund in der Art der chemischen Reaktion (Dissoziation), die der Grund für die lineare Abhängigkeit von der Konzentration ist. Sollten Sie tatsächlich ein anderes stärkeres Salz wählen oder zu sehr hohen Konzentrationsregimen wechseln, würde sich dieses Verhalten ändern.

Beachten Sie bei Elektrolyten und Elektroden mehrere nichtlineare Prozesse.

Für die molare Leitfähigkeit gibt es eine nichtlineare Kohrausch-Gleichung:

$$\Lambda_\text{m} =\Lambda_\text{m}^\circ - K\sqrt{c}$$ Wo$\Lambda_\text{m}^\circ$ist die molare Leitfähigkeit bei unendlicher Verdünnung (oder "Grenzmolleitfähigkeit").

Leitfähigkeit ist dann$\kappa = \Lambda_\text{m} \cdot c=\Lambda_\text{m}^\circ \cdot c - K \cdot c^{3/2}$

Bei einer niedrigeren Ionenkonzentration nimmt der Widerstand aufgrund der Zunahme der Ladungsträger ab, bei einer hohen Konzentration nimmt der Widerstand jedoch zu, da die interionische Attration zunimmt und somit den Widerstand erhöht. Sie können es mit dem Kohlrausch-Gesetz der unabhängigen Ionenwanderung überprüfen.

https://en.wikipedia.org/wiki/Molar_conductivity