Techniklexikon

elektrolytische Leitfähigkeit

Elektrodynamik und Elektrotechnik, elektrische Leitfähigtkeit s eines Elektrolyten. s hängt ausser von der Temperatur T auch von der Ionenkonzentration c und dem Dissoziationssgrad a ab. Es gilts = 1 / r = j / E = e(f₊ m₊ n₊ + f_- m_- n_-),r: spezifischer Widerstand, j: Gesamtstromdichte, E: elektrische Feldstärke, f_+/-: Wertigkeit, m_+/-: Beweglichkeit, n_+/-: Anzahldichte der Kationen bzw. Anionen. Aus der Ladungserhaltung folgt f₊n₊ = f_-n_- und daher s = ef₊n₊(m₊ + m_-). Bei konstanter Konzentration und Temperatur und nicht zu grossen Feldstärken (E < 10³V / m) gilt im Elektrolyten somit das Ohmsche Gesetz: s(E) = const. Widerstand bzw. Leitfähigkeit von Elektrolytlösungen müssen mit Wechselstrom gemessen werden, da bei Gleichstrom die Elektroden »polarisieren«, was die Feldverhältnisse ändert (Elektrodenvorgänge).

Bei verdünnten Lösungen, d.h. bei vollständiger Dissoziation (a = 1) ist s ~ c bzw. r ~ c^-1 (Tabelle 1). Die Gesamtbeweglichkeit m₊ + m_- beträgt etwa 10^-7m² / Vs und damit ca. 10^-4 der Beweglichkeit von Elektronen in Metallen (Tabelle 2). Auskunft über die separaten Beweglichkeiten von Kationen und Anionen geben die Hittorfschen Überführungszahlen  an. Bei höheren Konzentrationen wird statt mit s mit der Äquivalentleitfähigkeit L = s / h gerechnet (h = 10^-3n / N_A: Molarität der Elektrolytlösung). Auch L ist konzentrationsabhängig und nimmt mit steigender Konzentration ab. Dies kann für schwache Elektrolyte mit der abnehmenden Dissoziation erklärt werden (Ostwaldsches Verdünnungsgesetz), bei starken Elektrolyten mit der Bildung von Gegenionenwolken, die die Beweglichkeit verkleinern (Debye-Hückel-Onsager-Theorie).

elektrolytische Leitfähigkeit 1: Spezifischer Widerstand von NaCl-Lösungen verschiedener Konzentration c bei 18 °C:

bottom:solid black 1.1pt;border-right: none;mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-bottom-alt:solid black 1.1pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> c [mol / m3]	bottom:solid black 1.1pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black 1.1pt; mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> r [Wm]
0,1	930
1	94
10	9,8
100	1,09
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 1000	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>     0,135

 

elektrolytische Leitfähigkeit 2: Beweglichkeiten von Ionen in wässriger Lösung bei 18 °C und unendlicher Verdünnung:

bottom:solid black 1.1pt;border-right: none;mso-border-top-alt:solid black .6pt;mso-border-left-alt:solid black .6pt; mso-border-bottom-alt:solid black 1.1pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> m+ [10-8m2V-1s-1] (Kationen)		bottom:solid black 1.1pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .6pt;mso-border-bottom-alt:solid black 1.1pt; mso-border-right-alt:solid black .6pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> m- [10-8m2V-1s-1] (Anionen)
H+	33	OH-	18,2
Li+	3,5	Cl-	6,85
Na+	4,6	Br-	7,0
K+	6,75	J-	6,95
Ag+	5,7		6,5
NH4+	6,7		7,1
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Zn2+	bottom:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 4,8	bottom:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 6,2