WANDERUNGSGESCHWINDIGKEIT

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1 Institt fü Physikaische Chemie Paktikm Tei A nd B 1. WANDRUNGSGSCHWINDIGKIT Stand 17/10/007 WANDRUNGSGSCHWINDIGKIT 1. Veschspatz Komponenten: URoh Voatsgefäß zm Unteschichten mit de KMnOLösng ektoden K Lösng KNO Lösng. Agemeines zm Vesch Besteht zwischen zwei ektoden, die voneinande den Abstand 1 haben, die eektische Potentiadiffeenz ϕ, so kann man, Homogenität des eektischen Fedes voasgesetzt, fü die Fedstäke fomieen: ϕ Befindet sich zwischen den ektoden eine ektoytösng, so efahen die Ionen nach dem inschaten des Stomes eine Kaft in Richtng af die ektoden. Die Lösng übt afgnd ihe Viskosität eine de Reativgeschwindigkeit popotionae Gegenkaft as. Die sich einsteende Geschwindigkeit ist dann von de Potentiadiffeenz abhängig. Das bedetet, dass die Bemskaft (Reibngskaft) F R den geichen Betag wie die af das Ion mit de Ladng q wikende eektische Kaft F e hat nd diese entgegengeichtet ist. s git aso: F R R (R Reibngskonstante) F e q Im stationäen Fa (zeitich konstante Diftgeschwindigkeit) git F R F e nd dahe: q R Demzfoge ist im stationäen Zstand die mittee Wandengsgeschwindigkeit de Ionen dem angeegten eektischen Fed popotiona. De Popotionaitätsfakto wid as Ionenbewegichkeit bezeichnet nd hat die inheit [] cm s 1 V 1. 1

2 Institt fü Physikaische Chemie Paktikm Tei A nd B 1. WANDRUNGSGSCHWINDIGKIT Stand 17/10/007 Im inheitsfed von 1 V cm 1 ist die Bewegichkeit zahenmäßig geich de Wandengsgeschwindigkeit. Da die Bewegichkeiten de veschiedenen Ionenaten eines ektoyten nd damit deen Wandengsgeschwindigkeiten im Agemeinem nicht geich sind, ist fü jede Ionensote gesondet z fomieen: + + Bei hineichend niedigen Fedstäken ist die Ionenbewegichkeit nabhängig von de Fedstäke, jedoch eine Fnktion von Dck, Tempeat nd Konzentation. Übe die Ionenbewegichkeit wid mit de Faadaykonstante F nd de Ladngszah z des beteffenden Ions die moae Ioneneitfähigkeit λ ± F ± z ± (mit [λ] cm Ω 1 mo 1 cm S mo 1 ) eingefüht nd das Kohaschsche Gesetz de nabhängigen Ionenwandeng fomiet: Λ ν λ +νλ ν ist dabei de stöchiometische Koeffizient de beteffenden Ionensote (siehe Paktikmsvesch LITFÄHIGKIT ). Das Gesetz de nabhängigen Ionenwandeng besagt, dass sich die moae Leitfähigkeit Λ 0 eines ektoyten additiv as den Leitfähigkeitsanteien λ + de einzenen Ionensoten zsammensetzt. De Index weist jedoch af die inschänkng hin: Das Gesetz ist n fü idea vedünnte Lösngen gütig. Bei einem ektoyten mit deat geinge Konzentation assen sich eektostatische Wechsewikngen zwischen den Ionen venachässigen, so dass die Bemskaft F R aein af die Reibng zückzfühen ist. Fü kgefömige Teichen git in diesem ideaisieten Fa das Reibngsgesetz von Stokes:. F 6πη R hyd η ist die Viskosität des Lösngsmittes nd hyd de hydodynamische Radis. Fü eine ideae Kge ist de hydodynamische Radis geich dem geometischen Radis. Hat das Ion die Ladng ze, so git fü die Ionenbewegichkeit ze πη 6 hyd Damit ist de hydodynamische Ionenadis hyd expeimente zgängich. De hydodynamische Radis ist oft göße as de Ionenadis, weche sich dch Röntgenbegng an den entspechenden Sazkistaen egibt. Dies ist daaf zückzfühen, dass die Ionen hydatisiet sind nd die Hydathüe bei de Wandeng mitgefüht wid. s so de Wandengsgeschwindigkeit von PemanganatIonen bestimmt weden, indem man die zeitiche Veschiebng de Genzfäche zwischen eine K Lösng nd eine

3 Institt fü Physikaische Chemie Paktikm Tei A nd B 1. WANDRUNGSGSCHWINDIGKIT Stand 17/10/007 KNO Lösng im eektischen Fed misst. Dabei kommt es daaf an, dass sich eine schafe Genzfäche zwischen den beiden Lösngen asbidet, die gt z beobachten ist. Voassetzng dafü sind zm einen ein hineichend goße Dichtenteschied nd zm andeen etwa geiche Wandengsgeschwindigkeit de Anionen. Afgnd de nteschiedichen Bewegichkeiten de nd Anionen ässt sich dies n beweksteigen, wenn die Fedstäken in den beiden Lösngen veschieden sind: MnO NO Das Vehätnis de Fedstäken ist jedoch dch das Vehätnis de Konzentationen in den beiden Lösngen bestimmt, da die konzentationsabhängige spezifische Leitfähigkeit übe den Spannngsabfa im ektoyten die Fedstäke beeinfsst (Abb. 1). s kann fomiet weden: MnO NO ϕ ϕ 1 MnO NO Dch Konzentationsändengen weden aso die Leitfähigkeit nd dadch de Spannngsabfa nd etztich die Fedstäke beeinfsst. Die oben angespochene Genzfächenstabiität wid demnach dch die ichtige Wah de Konzentationen de ektoyse gewäheistet. Um die Dchfühng des Vesches z veeinfachen, wden zwei ektoyte gewäht, bei denen die Bewegichkeiten de Anionen annähend geich goß sind, so dass geiche Konzentationen vewendet weden können. Dennoch sind in de Paxis die Wandengsgeschwindigkeiten de beiden Anionen meist + nicht exakt geich goß. Deshab wid de Vesch in einem URoh dchgefüht, in dem zwei Genzfächen afteten. ϕ NO Ach wenn die Wandengsgeschwindigkeiten geingfügig NO 1 diffeieen, wid sich in einem Schenke eine eativ schafe MnO ϕ Genzfäche asbiden, (dot nämich, wo die schneen MnO Anionen voaseien). Im übigen haben exakte Messngen egeben, dass ach eine meh ode wenige diffse Genzschicht die Genaigkeit de Messng nicht Abb. 1 beeintächtigt, wenn n gewäheistet ist, dass an den beiden

4 Institt fü Physikaische Chemie Paktikm Tei A nd B 1. WANDRUNGSGSCHWINDIGKIT Stand 17/10/007 ndpnkten de Messstecke imme die geiche Stee innehab de Genzschicht z Messng heangezogen wid.. Oientieen Sie sich übe: ektische Leitfähigkeit Ionenbewegichkeit im eektischen Fed Faadaysche Gesetze Viskosität von Füssigkeiten. Liteat Atkins P.W. Wede G. Physikaischen Chemie,. Af. Kap. 7.1: De Ionentanspot Lehbch de Physikaischen Chemie,. Af. Kap. 1.6: infühng in die ektochemie Kap. 10: ektochemie I Hamann C.H, Viestich W. ektochemie, Kap Afgabe s ist die Wandengsgeschwindigkeit des PemanganatIons z messen. Daas sind die Ionenbewegichkeit, die moae Ioneneitfähigkeit λ nd de Ionenadis hyd z bestimmen. 6. Veschsdchfühng Man füt das Ufömige ektoysiegefäß znächst bis etwa z Häfte mit 0.00 n KNO Lösng. Diese nteschichtet man dann angsam dch seh vosichtiges Öffnen des Hahnes mit de im Tichte befindichen K Lösng. Die Schichtgenzen müssen sich dabei mögichst schaf asbiden. Nach Anegen eine Geichspannng von 110V wid die eine Genzschicht sich heben (weche?), die andee sich senken. Man iest 0 min ang ae 5 min die Veschiebngen ab nd bidet deen Mittewet. Schießich misst man mit Hife eines entspechend gebogenen Dahtes aßen am Gefäß den Abstand d de ektoden voneinande.

5 Institt fü Physikaische Chemie Paktikm Tei A nd B 1. WANDRUNGSGSCHWINDIGKIT Stand 17/10/ Aswetng As den beobachteten Veschiebngen weden die Wandengsgeschwindigkeiten v beechnet. As diesen 8 Weten wid nn die mittee Wandengsgeschwindigkeit v bestimmt. Daas assen sich mit Hife de angegebenen Fomen die z bestimmenden Gößen eechnen (ementaadng e C, Viskosität des Wasses η 10 Pa s). De Fehe fü die mittee Wandengsgeschwindigkeit egibt sich nach mittng de Standadabweichng v, asgehend von den 8 einzenen Wandengsgeschwindigkeiten. Fehe fü die Ionenbewegichkeit, die moae Ioneneitfähigkeit λ nd den Ionenadis hyd beechnen sich mit Hife des Fehefotpfanzngsgesetzes v + d v d d, ϕ v, ϕ Hiebei wde angenommen, dass die veschiedenen Feheqeen nkoeiet sind. d bescheibt den mitteen Fehe bei de Messng de Dahtänge. Weitehin git λ λ, hyd hyd 8. Wichtige Hinweise Die ektoden sind znächst af die Appaat afzstecken, bevo sie mit den Poen de Spannngsqee (Vosicht!!! 110 V Geichstom) vebnden weden. Bei de Pong ist z beachten, dass die ektode af de Seite de ngünstige asgebideten Genzschicht mit (+) vebnden sein sote. Nach Beendigng de Messng ist znächst die Spannngsqee aszschaten! (NOT AUS, ote Knopf) 9. R/S Sätze de vewendeten Chemikaien K Lösng: R: 5 Giftig fü Wasseoganismen 5 Kann in Gewässen ängefistig schädiche Wikngen haben S: 61 Feisetzng in die Umwet vemeiden 5