Transportprozesse, Leitfähigkeit

Menge einer Transportgröße, die pro Zeiteinheit durch eine Fläche transportiert wird

(immer in Richtung des abfallenden Gradienten der jeweiligen Transprotgröße

Teilchentransport entlang des Konzentrationsgradienten

Wärmetransport entlang des Temperaturgradienten

Ladungstransport entlang des Potentialgradienten

Impulstransport entlang des Geschwindigkeitsgradienten

—> Konvektion: erzwungen, Teilchentransport durch z.B. Rühren

—> Diffusion: selbstständig

Wärmemitführung durch Teilchentransport bei Dichteunterschieden aufgrund ungleichmäßger Erwärmung

Diffusion

1.: transportierte Teilchen pro Zeit und Fläche

2.: zusätzliche Betrachtung der zeitlichen Entwicklung des Konzentrationsgradienten

analog für Viskosität (innere Reibung)

Flüssigkeitsvolumen, das pro Zeiteinheit durch ein Rohr mit Radius r und Länge l und Druck pa am Rohranfang bzw. Rohrende fließt

Leminare Strömung

• Ionenbeweglichkeit hängt von Konzentration ab

—> Auftragung der molaren Leitfähigkeit: selbst bei niedrigen Konzentrationen Abhängigkeit von c

geringste Abhängigkeit für einwertige

ganz schlecht für schwache

Kehrwert des spezifischen Widerstandes

• Metalle: mit steigendem T Abnahme

• Halbleiter: mit steigendem T Zunahme

• Elektrolyte: mit steigendem T Zunahme

Quadratwurzelgesetz:

—> Kriterien: wird gut befolgt für

• für starke Elektrolyte

• bei hoher Verdünnung

• für 1:1 Elektrolyte

• fast gleiche const. für einwertige, starke Elektrolyte

• Ladung spielt Rolle

• Ionenbeweglichkeit abh von Konzentration des Elektrolyten

—> Grund für Abweichungen: Coulombwechselwirkungen, Ionenpaarbildung

—> Grenzleitfähigkeit als Stoffkonstante (Debye-Hückel-Theorie)

—> Bestimmung von Überführungszahlen (relative Anteile der Ionenarten am Gesamtstrom I)

Leitfähigkeitsmessungen liefern nur Summe der mol. Leitf. von Anionen und Kationen

—> Messung der Zahl der Ladungen, die in der Zeit t durch Trennflächen hindurchtritt, über messbare Änderung der Konz des Elektrolyten in Kathoden- und Anodenraum

Mit steigender Konzentration der Ionen nimmt WW zu

beeinträchtigt Beweglichkeit

Leitfähigkeit sinkt

Nahordnung: Zentralion und Ionenwolke (Ionen entgegengestetzer Ladungen)

aber: thermische Bewegung führt zu Unordnung, also Coulombanziehung klein ggü. therm Bewegungseinergie

• Radius Ionenwolke ß abh von Elektrolytenart

• Potenial d. Zentralions kann bei höherwertigen Elektrolyten und höherer Konz. (allg. höherer Ionenstärke I) schneller ausgeglichen werden

• ß: Maß für interionische WW

• Ionenwolke beeinflusst Bew. von Ionen im el. Feld

a) Beschleunigung

b) Abbremsung

c) Relaxationseffekt

d) elektrophoretischer Effekt

• Elektrodenoberflächen haben Oberflächenpotential und Ladung

• Ausgleich: solvatisierte Gegenionen aus Elektrolyt

• Zusätzlich: ganz dünne Schicht durch Wasserdipole

—> Durchtritt von Ladungsträgern

—> Diffusionsprozesse

Kombination Helmholtz, Gouy-Chapman

Augleich des Oberflächenpotentials:

1. Bildung starre Doppelschicht (Helmholtz), linearer Potentialabfall, an ihrer Grenzfläche: Oberflächenladung noch nicht vollständig ausgeglichen (Pot. diff. zur Lösung)

2. weitere Neutralisierung der Ladung durch diffuse Doppelschicht mit beweglichen Ionen, exponentielle Abnahme des Potentials

Zeta-Potential: an Scherfläche, elektrokin Enheit, Stabilisierung von Nanopartikeln