Подвижность и числа переноса ионов.

Ионы, существующие в электролите, испытывают различные воздействия со стороны окружающих их частиц и совершают постоянные перемещения, имеющие в отсутствии электрического поля хаотический характер.

Наложение внешнего электрического поля приводит к появлению действующих на ионы электростатических сил ( ), имеющих определенное направление. В результате возникает преимущественное перемещение (миграция) положительных ионов к отрицательному электроду, а отрицательных - к положительному. Этот процесс - процесс переноса электрического заряда, свидетельство наличия электрического тока. Его величина определяется:

- зарядами ионов;

- размером ионов;

- характером взаимодействия ионов с соседними частицами и т. д.

Кроме того, сила тока зависит от приложенной разности потенциалов (напряжения), размеров электродов и т. д.

Средняя скорость миграции ( ) данного типа ионов, отнесенная к напряженности действующего электрического поля (Е), называется абсолютной скоростью движения ионов ( и ):

. (8.20)

.

Абсолютные скорости движения ионов ( ), умноженные на число Фарадея, представляют собой величины, называемые подвижностями ионов:

и , (8.21)

где , - подвижности ионов, Ом^-1 м² моль-экв^-1.

Эквивалентная электропроводность электролита при бесконечном разбавлении складывается из электропроводности, обусловленной движением катионов ( ) и электропроводности, обусловленной движением анионов ( ):

. (8.22)

Полученное соотношение - закон независимости движения ионов, установленный Кольраушем. В соответствии с этим законом при бесконечном разбавлении раствора ионы движутся независимо друг от друга, а электрическая проводимость такого раствора складывается из проводимостей, обусловленных движением ионов разного знака.

Для слабых электролитов можно считать, что отличается от вследствие неполной диссоциации электролита. Величина слабого электролита определяется из соотношения , причем и .

Для сильного электролита:

, (8.23)

где - коэффициент электрической проводимости, отличающийся от единицы.

Зная абсолютные скорости движения ионов ( и ), можно рассчитать их относительные скорости движения:

, (8.24)

по аналогии

, (8.25)

где , - числа переноса ионов в растворе электролита.

Очевидно, что числа переноса ионов характеризуют доли электричества, переносимые ионами одного знака:

. (8.26)

Движение ионов в растворе подобно движению шарика в вязкой среде под действием равнодействующей приложенных сил. В соответствии с законом Стокса, скорость движения (v) такого шарика обратно пропорциональна вязкости Среды ( ):

, (8.27)

где r - радиус шарика;

и - плотности вещества шарика и среды;

g = 9,81 м/с².

С увеличением температуры вязкость среды падает и поэтому подвижности ионов увеличиваются. Это объясняет резкое увеличение электрической проводимости проводников второго рода с повышением температуры. Значительно меньшую роль при этом играет увеличение степени электролитической диссоциации.