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同学你好
本节要讲离子的迁移数与迁移速率
将从以下几个方面来讲
第一部分离子的迁移数
第二部分离子的电迁移速率
也称离子淌度
第三部分离子迁移数的测定方法
首先来学习离子迁移数
首先了解一下电迁移
电迁移是指在电场作用下
溶液中阴离子阳离子
分别向两极运动的现象称为电迁移
那么离子迁移数就是指
每一种离子所传输的电量
在通过溶液的总电量中
所占的份数称为该种离子的迁移数
我们通常用t来表示
正离子的迁移数等于正离子传输的电量
与总电量之比Q正比上Q总
负离子的迁移数等于负离子传输的电量
比上总电量
Q负比上Q总
因为溶液中有正离子和负离子定向移动
那么它们承担整个溶液的导电总量
因此正离子的迁移数加上附离子迁移数等于1
我们来了解一下电迁移过程的示意图
在通电之前
我们假设在两个惰性电极之间
设想有两个平面A和B
将溶液分为三个区
阴极区
中间区和阳极区
假定在未通电之前
各部分均含有6mol正离子和负离子
分别用正号和负号来代替
这时候是均相溶液
正离子和负离子均匀分布
我们现在开始给它通电
通入4molF的电量
这个时候正离子和负离子
分别会向正负两极迁移
我们假设正离子的运动速度是负离子的三倍
由于离子的运动速度会影响迁移数
正离子的迁移数会是负离子的三倍
在通电4F后
电极反应在阴极阳极
分别发生了4mol的电子氧化还原作用
那么在溶液中
因为阳离子的迁移速率是阴离子的三倍
中间区的电解质是维持不变的
因此
阴离子向正极迁移
阳离子向负极迁移的过程中
阳离子迁移较快
阴离子迁移较慢
在通电之后
我们会发现在阴极区
电解质的物质的量减少了1mol
在阳极区
电解质物质的量减少了3mol
由此可以说明
阴阳离子的运动速度不同
决定了它们的迁移电量不同
同时也决定了离子迁出
相应电极区的物质的量不同
这里需要大家注意
发生氧化还原的电子数与迁移的离子数
它们并不是等量关系
并不是说迁移了多少
就会发生多少氧化还原反应
这一点需要大家注意
下面我们来了解离子电迁移的规律
首先第一点
我们通过实验发现
向阴阳两极迁移的正离子和负离子
它们的总和等于通入溶液的总电量
第二点
阳极电解质物质的减少的量
比上阴极电解质
物质减少的量应该等于
正离子所传输的电量比上负离子所传输的电量
也就分别等于正离子和负离子的迁移速率之比
下面我们来了解离子的电迁移率
在相距为L面积为S的A与B的电级间
盛有某种电解液
它的正负离子的浓度与价数
分别为c+c-
z+和z-
两极间的电位差为E
正负离子的迁移速率
为v+和v-
那么在单位时间内通过截面的电量
可以通过法拉第定律来计算出
Q+等于浓度乘以速率乘以整个体积乘以F
那么Q-等于
浓度乘以速率乘以面积乘以Z乘以F
根据电解质溶液电中性的规则
我们可以知道
正电荷电量应该等于负电荷的总电量
那么迁移数在我们最初的定义中等于
正离子的迁移数等于
正离子所载电量比上总电量
那么也就等于正离子的速率
比上正离子速率加上负离子速率
同样负离子迁移数应该等于
负离子所带电量比上总电量等于
负离子的速率比上总速率
影响离子运动速度的因素有很多
包括离子的本性
溶剂的性质
溶液的浓度
温度电场强度
其中电场强度是最重要的因素
我们下面来讨论一下电场强度对
离子运动速率的影响
通常电位梯度E比上L的大小
会影响离子的迁移速率
我们现在规定单位的电位梯度
它的离子运动速率称为离子的电迁移率
又称为离子淌度
它的数学表达式可以写成
V比上E比L
这个时候正离子的迁移数和负离子迁移数
分别可以用离子淌度来表示
这样在我们比较离子运动速率的时候
就可以来比较离子淌度
也就是单位的电场梯度下的离子运动速率
下面我们了解一下离子迁移数的测定方法
离子迁移数的测定方法分为两种
希托夫法和界面移动法
首先我们来介绍希托夫法
在这样一个装置中
我们在管内加入已知浓度的电解液
通过调变电压使整个电路的电流保持非常小
这个时候阴离子和阳离子会分别向两极移动
产生电流的变化
这样通电一段时间后
我们可以取出阴极管和阳极管中的电解液
分析通电前后的物质的量变化
这样就可以计算出阴离子或者阳离子
迁移所带的电量
同时我们可以用电量计
计算出通电的总量
这样就可以求得离子的迁移数
第二种是界面移动法
它比希托夫方法要更为精确
在这样的管中
我们加入氯化镉和盐酸
我们装入氯化镉溶液
使它液面达到A’B’
然后在上面小心地加入盐酸
使其液面到AB
在通电后镉从阳极溶解下来
形成镉离子
氢气从阴极放出
那么溶液中的二价镉离子和氢离子
向负极移动
由于镉离子的淌度要比氢离子小
因此镉离子会跟随氢离子向上移动
而不会产生新的界面
在毛细管内径和液面移动距离已知的情况下
我们可以通过该电解液的电量
计算出离子的迁移数
好本节就讲到这里
-绪论
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--绪论
-1.1 原电池与电解池
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--原电池与电解池
-1.2 离子的迁移数与迁移速率
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-1.3 电导、电导率和摩尔电导率
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-1.4 离子独立移动定律
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--离子独立移动定律
-1.5 电导的测定及应用
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--电导的测定及应用
-1.6 强电解质溶液理论
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--强电解质溶液理论
-1.7 可逆电池
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--可逆电池
-1.8 电池设计
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--电池设计
-1.9 可逆电池热力学
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--可逆电池热力学
-1.10 电极电势和液体接界电势
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-1.11 电池电动势
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--电池电动势
-1.12 极化作用
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--极化作用
-1.13 金属的电化学腐蚀、防腐和钝化
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-1. 电化学--习题
-2.1 化学动力学概述
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--化学动力学概述
-2.2 化学速率，速率方程和反应级数
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-2.3 基元反应和质量作用定律
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-2.4 一级反应
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-- 一级反应
-2.5 二级反应
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--二级反应
-2.6 零级反应和n级反应
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-2.7 反应级数测定方法
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--反应级数测定方法
-2.8 温度对反应速率的影响
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-2.9 活化能和指前因子
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--活化能和指前因子
-2.10 典型复杂反应——平行反应
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-2.11 典型复杂反应——对峙反应
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-2.12 典型复杂反应——连锁反应
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-2.13 速率方程近似处理方法
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-2.14 气体反应碰撞理论
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--气体反应碰撞理论
-2.15 过渡态理论
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--过渡态理论
-2.16 链式反应
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--链式反应
-2.17 光化学反应（一）
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--光化学反应（一）
-2.18 光化学反应（二）
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--光化学反应（二）
-2.19 催化作用原理
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--催化作用原理
-2. 化学动力学--习题
-3.1 表面张力
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--表面张力
-3.2 弯曲表面上的附加压力
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-3.3 物质的亚稳状态
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--物质的亚稳状态
-3.4 液固界面
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--液固界面
-3.5 溶液表面的吸附
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--溶液表面的吸附
-3.6 表面活性剂
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--表面活性剂
-3.7 固体表面
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--固体表面
-3.8 表面吸附方程
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--表面吸附方程
-3.9 分散系统和胶体
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--分散系统和胶体
-3.10 胶体的性质（1）
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--胶体的性质（1）
-3.11 胶体的性质（2）
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--胶体的性质（2）
-3. 表面化学与胶体--习题
-4.1 概述
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-- 概述
-4.2 Boltzmann 统计
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-4.3 撷取最大项
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--撷取最大项
-4.4 最概然分布
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-- 最概然分布
-4.5 a, b值的推导
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--a, b值的推导
-4.6 Boltzmann 公式的讨论
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-4.7 配分函数
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--配分函数
-4.8 配分函数的分离
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-4.9 原子核配分函数
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-4.10 电子配分函数
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--电子配分函数
-4.11 平动配分函数
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--平动配分函数
-4.12 单原子理想气体热力学函数
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-4.13 转动配分函数
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-- 转动配分函数
-4.14 振动配分函数
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--振动配分函数
-4.15 分子的全配分函数
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--分子的全配分函数
