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ÜberführungszahlAls Überführungszahl wird der Bruchteil des gesamten elektrischen Stromes bezeichnet, der von einer bestimmten Ionensorte transportiert wird. Zu Ehren des deutschen Physikochemikers Johann Wilhelm Hittorf wird diese Größe auch Hittorfsche Überführungszahl genannt. Die Überführungszahl der Ionen i kann mathematisch folgendermaßen definiert werden:
ti Überführungszahl der Ionensorte i Ii elektrischer Strom, der von diesen Ionen transportiert wird Iges gesamter elektrischer Strom Die Überführungszahl hängt von der Ionenkonzentration und der Ionenbeweglichkeit ab. Beide Abhängigkeiten sind einfach zu verstehen: Ist die Konzentration der Ionensorte i hoch, kann von diesen Ionen ein großer Anteil des elektrischen Stroms transportiert werden. Ebenso der Zusammenhang mit der Ionenbeweglichkeit: Schnelle Ionen vermögen einen größeren Teil des Stroms zu transportieren als langsame. Weiteres empfehlenswertes Fachwissen
Bestimmung der ÜberführungszahlDie Hittorfsche MethodeZur Bestimmung der Überführungszahl eignet sich eine in drei Räume aufgeteilte Elektrolyseapparatur. Diese setzt sich aus dem Kathodenraum, dem Mittelraum und dem Anodenraum zusammen. In den Kathoden-, sowie Anodenraum werden Platinelektroden eingetaucht. Die Elektrolyseräume werden mit dem Elektrolyten befüllt und mittels Brücke verbunden. Betrachtet man die beiden Elektrodenräume, so wird man sehen, dass die Konzentrationen der Kationen und der Anionen sich unterschiedlich ändern. Bei diesem Experiment errechnet man die Überführungszahl folgendermaßen: Überführungszahl der Kationen Überführungszahl der Anionen das Verhältnis zwischen der Differenz der anfangs qA und am Ende qE im entsprechenden Raum vorhandene Ladungsmenge und der durch den Elektrolyten geflossenen Ladungsmenge qges. Die Endladungsmenge setzt sich folgendermaßen zusammen:
Mit der Definition der Ladungsmenge und anschließendem Auflösen der obigen Gleichung kommt man zum folgenden Ergebnis. Definition Ladungsmenge: F = Faraday-Konstante ; z = Ladungszahl ; c = Konzentration des betrachteten Ions ; V = Volumen des Elektrolyseraumes
Anhand dieser Gleichung kann über eine Konzentrations-, Strom- und Volumenbestimmung eines Elektrodenraums, die Überführungszahl bestimmt werden. Die Methode der wandernden GrenzflächeDie Grenzfläche zweier aneinanderstoßender Elektrolyte verschiebt sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes. Verwendet man ein farbiges Ion und gelingt es, die Grenzfläche während des Versuchs einigermaßen scharf zu halten, so kann man aus der Geschwindigkeit dieser Verschiebung die Überführungszahlen bestimmen.
AnwendungsbezugBei Salzbrücken wird darauf geachtet, dass die Überführungszahlen von Anionen und Kationen annähernd gleich sind. |
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Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Überführungszahl aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. |