Überführungszahl

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Als Überführungszahl wird der Bruchteil des gesamten elektrischen Stromes bezeichnet, der von einer bestimmten Ionensorte transportiert wird. Sie hängt von der Ionenkonzentration und der Ionenbeweglichkeit ab. Sie wird auch als Teilleitfähigkeit der Ionensorte bezeichnet. Voneinander verschiedene Ionen transportieren den elektrischen Strom unterschiedlich schnell, da jeder einzelne Typ anders mit dem Lösungsmittel wechselwirkt. Große Ionen transportieren den elektrischen Strom langsamer als kleinere Ionen. Ein weiterer eklatanter, geschwindigkeits-verlangsamender Effekt wird durch die Hydrathülle hervorgerufen, so bilden kleine, hoch geladene Teilchen eine recht voluminöse Hydrathülle und sind somit relativ langsam.

[Bearbeiten] Bestimmung der Überführungszahl

Zur Bestimmung der Überführungszahl eignet sich eine, in drei Räume aufgeteilte Elektrolyseapperatur. 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 einen der Elektrodenräume, so wird man sehen, dass die Konzentrationen der Ionen unterschiedlich stark abnehmen, bzw. zunehmen.

Die Überführungszahl ist folgendermaßen definiert, als...

$t_+=\left( \frac{q_{A+}-q_{E+}}{q_{ges}} \right)$ Überführungszahl der Kationen

$t_-=\left( \frac{q_{A-}-q_{E-}}{q_{ges}} \right)$ Überführungszahl der Anionen

das Verhältnis zwischen der Differenz der anfangs q_A und am Ende q_E im entsprechenden Raum vorhandene Ladungsmenge und der durch den Elektrolyten geflossenen Ladungsmenge q_ges.

Die Endladungsmenge setzt sich folgendermaßen zusammen:

$q_E = q_A-q_{ges}+ t \cdot q_{ges}$

Mit der Definition der Ladungsmenge und anschließendem Auflösen der obigen Gleichung kommt man zum folgenden Ergebnis.

Definition Ladungsmenge: $q = z\cdot F \cdot c\cdot V$

F = Faraday-Konstante ; z = Ladungszahl ; c = Konzentration des betrachteten Ions ; V = Volumen des Elektrolyseraumes

$t_+=\left( \frac{z \cdot F \cdot V \left( c_{E+}-c_{A+} \right)}{q_{ges}} \right)+ 1$

$t_-=\left( \frac{z \cdot F \cdot V \left( c_{A+}-c_{E+} \right)}{q_{ges}} \right)$

Anhand dieser Gleichung kann über eine Konzentrations-, Strom- und Volumenbestimmung eines Elektrodenraums, die Überführungszahl bestimmt werden.

[Bearbeiten] Anwendungsbezug

Bei Salzbrücken wird darauf geachtet, dass die Überführungszahlen von Anionen und Kationen annähernd gleich ist.

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Kategorien: Theoretische Elektrotechnik | Elektrochemie

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