Kemi

Tillämpningar av elektrolytisk ledningsförmåga


Elektrofores

Krafter verkar på joner genom elektriska fält. I början av filmen appliceras en spänning på 100 V.

Notera
Filmen körs med tio gånger time lapse!

Fråga:

  1. Var finns anoden och katoden i ovanstående inställning?
  2. Permanganatbandet ändrar form under migration. På vilket sätt? Varför är det så?
  3. Gallret under glaset har en delning på 1 cm. Hur långt migrerade gänget under försöksperioden?

Svar:

  1. Anoden är den positiva polen. Anjoner rör sig mot det. Det lila permanganatbandet vandrar åt vänster, så det är där anoden är.
  2. På grund av diffusion breddades bandet åt alla håll. En del av jonerna som diffunderar till vänster omkörs av det rörliga bandet. Därför ser gänget ut lite som en komet.
  3. Lite mer än 2 cm.

Om coronapandemin lär oss en sak så är det vikten av diagnostiska verktyg som snabbt och tillförlitligt kan upptäcka patogener och antikroppar. Den diagnostiska verktygslådan måste utökas med nya innovativa metoder för att kunna möta både SARS-CoV-2 och framtida utmaningar av detta slag. Forskare vid Jena University, Institutet för mikroelektroniska och mekatroniska system i Ilmenau och forskningscentret för medicinsk teknik och bioteknik i Bad Langensalza utvecklar därför tillsammans en ny teknikplattform för snabbtester. Projektet "ViroGraph - multiplexdetektionssystem för detektion av virus baserat på grafenfälteffekttransistorer", finansierat av det federala ekonomiministeriet, startade den 5 mars med ett virtuellt kick-off-möte där medlemmarna i den medföljande kommittén från sex Företag och institutioner deltog.

Syftet med den nya elektroniska plattformen är att göra de grafensensorer som redan forskats vid University of Jena tillgängliga för nya point-of-care-enheter. I framtiden ska sådana små och mobila enheter vara lika lätta att använda som Covid-19-snabbtester på plats och upptäcka virus, virala proteiner eller antikroppar på ett mycket känsligt sätt – jämförbart med PCR-tester. Med det nya projektet vill partnerna lägga grunden för många mer exakta, känsliga och specifika tillämpningar inom området för diagnostik på plats utöver SARS-CoV-2.

I princip appliceras vissa proteiner på testremsorna i de nu använda snabbtesterna som fångstmolekyler, vilka - om de finns i det undersökta provet - reagerar med viruskomponenter eller med antikroppar. Detta skapar en färgad remsa som visar resultatet. I ViroGraph-projektets nya plattform ska en ny typ av elektronisk sensor gjord av grafen ta över uppgiften med testremsan – täckt av ett kolmembran som bara är en nanometer tjockt som fixerar infångningsmolekylerna på sensorytan. Om analyterna från ett prov - t ex antikroppar eller viruskomponenter - ackumuleras på sensorytan ändras sensorns elektriska ledningsförmåga. Denna parameter kan läsas ut elektroniskt och ger testresultatet.

"Fälteffekttransistorer används redan för att mäta pH-värden, men de har inte varit tillräckligt känsliga och specifika för tillämpningar inom området immunologisk diagnostik", förklarar Andrey Turchanin från University of Jena. "Genom att kombinera heterostrukturer gjorda av grafen, som har en motsvarande konduktivitet, och det molekylära kolnanomembranet, som biokemiskt funktionaliserar sensorytan, skulle denna svaga punkt kunna åtgärdas. 2D-materialet grafen, som bara består av ett atomlager, kännetecknas av sin speciella elektriska ledningsförmåga - känsliga förändringar i ledningsförmågan under kopplingen av analyter, det vill säga de sökta molekylerna, kan mätas snabbt och enkelt."

För att överhuvudtaget kunna mäta dessa minsta elektriska strömmar inom intervallet några nanoampere, utvecklar projektkoordinatorerna för IMMS lämplig miniatyriserad mätteknik. "Detta är viktigt för att integrera prestandan hos mycket stora mätapparater, som normalt kan bestämma sådana parametrar, som krävs för vår applikation, till en praktisk punkt-of-care-enhet", säger Michael Meister från IMMS. "En särskild utmaning här är också att mäta flera grafsensorer samtidigt för att kunna utföra multiparameteranalys."

Eftersom detta antas vara den speciella styrkan hos den elektroniska metoden. "Vi vill lägga grunden för ett multiplexdetektionssystem med vilket vi kan detektera flera analyter samtidigt", förklarar Dominik Gary från FZMB, vars anställda utvecklar immunologiska och molekylärbiologiska detektionssystem för den nya sensorn. "Detta innebär att ViroGraph-systemet möjligen till och med skulle vara lämpligt för gentypning och skulle kunna upptäcka olika mutationer av virus i en snabb process."


Värmeledningsförmåga

Värmeledningsförmåga mäter förmågan hos ett material att absorbera rörelsen av termisk energi (värme), mätt i watt per meter Kelvin (W / mK). Material med hög värmeledningsförmåga används ofta som kylflänsar i praktiska tillämpningar, precis som material med låg värmeledningsförmåga (högt värmemotstånd) ofta används som isolering. Även om undantag finns, tenderar metaller att vara bra ledare av värme och gaser tenderar att vara bra isolatorer.


Teorin om elektrolytisk dissociation.

termen "elektrolytisk dissociation" forskare arbetar med det sena artonhundratalet. Vi har att tacka svenska kemister Arrhenius. Med problemet med elektrolyter åren 1884-1887 introducerade han det till fenomenet jonisering i lösningar och bildandet av smältor Mekanismen för detta fenomen, valde han att förklara nedbrytningen av molekyler till joner, element med positiv eller negativ laddning.

Teorin om elektrolytisk dissociation förklarar ledningsförmågan hos vissa lösningar.Till exempel för kaliumklorid KCl kännetecknas av sönderdelning av en molekyl av detta salt kaliumjoner med en laddning på "plus" (katjoner) och kloridjoner, ladda med "minus" (anjon). Saltsyra sönderdelas för att bilda HCl-katjon (vätejon) och en anjon (kloridjoner), natriumhydroxidlösning NaHO leder till natriumjon och en anjon såsom hydroxidjon. De viktigaste bestämmelserna i teorin om elektrolytisk dissociation, beskriva jonernas beteende i lösningar Enligt denna teori rör de sig helt fritt i lösningen och även en liten droppe av lösningen kommer att upprätthålla en jämn fördelning av motsatt laddade elektriska laddningar.

Teorin om elektrolytisk dissociation av bildningen av elektrolyter i vattenlösningar förklaras på följande sätt. Bildningen av fria joner visar förstörelsen av kristallgittret av ämnen. Processen genom att lösa ämnet i vatten påverkas av verkan av det polära lösningsmedlet molekyler (i vårt exempel, låt oss betrakta vattnet). De är kapabla nog att minska elektrostatisk attraktion som finns mellan jonerna i gitterställena, vilket tillåter joner att passera fri cirkulation från lösningen. Så fria joner kommer in i miljön polära vattenmolekyler Dessa Slida former runt dem, teorin om elektrolytisk dissotsiatsiinazyvaet hydratiserad.

Men teorin om elektrolytisk dissociation Arrhenius förklarar bildandet av elektrolyter inte bara i lösningar.Kristallgittret kan förstöras under påverkan av temperatur.Genom att värma kristallen får vi effekten av jonernas intensiva svängningar i gitterställen, gradvis leder till förstörelse av kristallen och utseendet på smältan består helt av joner.

Att återvända till lösningarna bör vara egenskapen hos ett ämne som vi betraktar separat som ett lösningsmedel. Den ljusaste representanten för denna familj är vatten. Den huvudsakliga egenskapen är närvaron av dipolmolekyler, det vill säga när ena änden av molekylen är positivt laddad och det andra negativt. Vattenmolekylen dessa uppfyller kraven, men vatten är inte det enda lösningsmedlet.

Elektrolytisk dissociationsprocess kan orsaka de icke-vattenhaltiga polära lösningsmedlen, till exempel flytande svaveldioxid, flytande ammoniak och så vidare. Men vatten tar numret av dess huvudsakliga på grund av dess egenskap att försvaga (lösa upp) den elektrostatiska attraktionen och förstöra kristallgittret verkar särskilt ljust.Därför, på tal om lösningar, menar vi vattenbaserad vätska.

Grundlig studie av egenskaperna hos elektrolyter tillät att gå över till begreppet makt och graden av dissociation. Dissociationsgraden för elektrolyten är förhållandet mellan antalet dissocierade molekyler på grund av det totala antalet. Potentiella elektrolyter, denna koefficient sträcker sig från noll till ett, och dissociationsgraden, som är lika med noll, indikerar att det är icke-elektrolyt. Att öka dissociationsgraden har en positiv effekt på lösningens temperaturstegring.

Kraftelektrolyter bestämmer dissociationsgraden, förutsatt en konstant koncentration och temperatur Starka elektrolyter har en dissociationsgrad som närmar sig enheten Det är lättlösliga salter, alkalier och syror.

Elektrolytisk dissociationsteori tillåter en förklaring att ges till ett brett spektrum av fenomen som studeras inom fysik, kemi, växt- och djurfysiologi, teoretisk elektrokemi.


Förutsägelser från forskare vid universitetet i Luxemburg ledde nyligen till upptäckten av ett material med speciella elektriska egenskaper som väckte plastindustrins intresse. För tre år sedan hade de luxemburgska fysikerna teoretiskt förutspått det ovanliga elektriska beteendet hos en viss materialblandning. Dessa beräkningar har nu bekräftats av ett experiment i samarbete med Centre de Recherche Paul Pascal i Bordeaux, Frankrike. De ledde till upptäckten av ett högk-material som skulle kunna möjliggöra produktion av bättre energilagringsenheter, som är grunden för mindre, snabbare och effektivare elektronik.

Fig .: Kompositmaterial av plast och blodplättsformat grafen. (Foto: U Luxemburg)

De ursprungliga beräkningarna av teamet kring Tanja Schilling från universitetet i Luxemburg var från början inte goda nyheter för materialforskning: De sa att vissa kompositmaterial gjorda av plast och blodplättsformad grafen, i motsats till de gjorda av plast och stavformade tillsatser som kolnanorör, plast kunde inte göra det mer ledande i den utsträckning som det var fram till dess allmänt antaget. Ett överraskande uttalande på den tiden, som ifrågasatte användningen av grafen, ett ultratunt ark av kol för att öka ledningsförmågan.

Men förutsägelsen ledde nu till en välkommen upptäckt: effekten som ifrågasätter ledningsförmågan hos plast-grafenblandningen gör att den har extremt goda dielektriska egenskaper. Detta innebär att du kan skapa ett starkt elektriskt fält i det - den grundläggande egenskapen för att göra effektiva kondensatorer. Det är små komponenter som statiskt kan lagra energi och förekommer i nästan alla elektroniska enheter där de bland annat används som spänningsregulatorer eller informationslager. Miljarder av dem finns i datorer, till exempel.

"Material med hög dielektricitetskonstant, kallade högk-material, är mycket efterfrågade", säger Schilling. Materialblandningens extraordinära dielektriska egenskaper beror på att dess flytande kristallina egenskaper gör det svårt att arrangera de ledande grafenplättarna på ett strömgenomsläppligt sätt. I kontakt med elektricitet strömmar den inte direkt genom blandningen, istället skapas ett starkt elektriskt fält först. Medan med andra kompositmaterial är den strömgenomsläppliga effekten den dominerande, här är de flytande kristallina egenskaperna i förgrunden och säkerställer de oväntade elektriska egenskaperna. Kemiföretaget Solvay, partner i detta forskningsprojekt, vill nu fortsätta forskningen kring detta nya högk-material för att i framtiden kunna använda det för att tillverka plast för särskilt effektiva kondensatorer och andra tillämpningar.


Körsbär

Någonstans på övervåningen var det något om fria elektroner som laddningsbärare.

Självklart har du rätt. men tillämpningar för överledning i kristaller eller glas är fortfarande ganska sällsynta i vardagen. egenskaperna hos jonerna i sådana superionsledare kan också beskrivas mycket annorlunda än i flytande elektrolyter. Jag ville betona vad som normalt betraktas som en elektrolyt.
och du behöver inte ta itu med saker som fjärde och femte agg.-tillståndet eller superioniska stegen förrän du tidigast är i din huvudrätt.


Innehållsförteckning

Redigera motstånd och mätcell

Två elektroder krävs för att lägga på en spänning. Som ett resultat av strömmen genom gränssnittet mellan elektrolyt och elektrod uppstår reaktioner på denna yta, vilket skapar en motspänning. Denna process är känd som elektrolytisk polarisering. Detta genererar en systematisk mätavvikelse som förfalskar mätningen. Det kan undvikas på följande sätt:

  1. Mätcellen är konstruerad så att elektrolyten har hög resistans, spänningen som då krävs är så hög att polarisationsspänningen däremot är försumbart liten.
  2. Spänningen mäts inte mellan elektroderna genom vilka ström flyter, utan mellan två sonder som är fästa på definierade punkter i mätcellen, genom vilka endast en mycket låg ström flyter och därför inte är polariserade.
  3. AC-spänning med relativt hög frekvens är den vanligaste mätningen. Detta säkerställer att ämnesomvandlingarna som orsakar polarisationen är låga inom en kort tidsperiod och vänds igen under halvperioden med motsatt tecken.

Jontransport redigera

Som ett resultat börjar det röra sig snabbare. Som ett resultat av den hastighetsproportionella hydrodynamiska friktionskraften

Efter en mycket kort starttid (10 - 13 s < displaystyle 10 ^ <-13> < text >>) börjar denna accelererade rörelse röra sig med en stationär drifthastighet v → i < displaystyle < vec >_> över så att F → e = - F → h < displaystyle < vec >_= - < vec >_> är. Med rörlighet b i < displaystyle b_> Proportionalitetskonstanten mellan jontypens hastighet och fältstyrkan resulterar:

I fallet med fritt rörliga bärare av en elementär laddning uppstår en strömtäthet proportionell mot hastigheten

Konduktiviteten kan avläsas direkt från detta:

Det är därför beroende av jonkoncentrationerna, som dock utvärderas med jontypernas värdefaktorer och rörlighet. Med storlekarna

Konduktiviteten i varje lösning är således proportionell mot koncentrationen av de dissocierade molekylerna, varvid proportionalitetskonstanten även innehåller valenserna och rörligheten för de individuella typerna av joner.

Redigera molära värden

En konvertering till molära storlekar

Enligt ovanstående ekvationer utgörs den ekvivalenta konduktiviteten av den additiva jonmobiliteten och bör vara oberoende av jonkoncentrationen. I verkligheten gäller detta bara för oändligt stora utspädningar vid högre koncentrationer, en minskning av Λ < displaystyle Lambda> observeras alltid, vilket beror på inverkan av dissociationsjämvikten och påverkan av de interioniska interaktionskrafterna.

Jonerna rör sig inte fritt. Snarare, som ett resultat av de långtgående elektrostatiska krafterna, finns det ömsesidigt hinder för de migrerande jonerna. På grund av sin elektrostatiska effekt omges en jon i genomsnitt av mer motsatt laddade partiklar än de med samma laddning. Detta "jonmoln" agglomererar mer och mer med ökande koncentration och har följande effekter:

  1. Som ett resultat av sin rörelse måste jonen först bygga upp ett nytt jonmoln på varje plats. Effekten av detta är som att jonen alltid ligger före sitt jonmoln, vilket gör att jonen saktar ner.
  2. Molnet, vars joner rör sig i motsatt riktning i fältet, skapar en ström mot vilken den centrala jonen måste simma, vilket gör att den upplever en ytterligare fördröjning.

Båda effekterna ökar med koncentrationen.

Teorin om Debye, Hückel och Onsager baserad på denna modell ger uttrycket för små koncentrationer:

Detta resultat (kvadratrotslag) hittades experimentellt mycket tidigare av Kohlrausch. [1] Här är en < displaystyle a> och Λ ∞ < displaystyle Lambda _ < infty >> konstanter för isotermiska mätningar. Denna lag för kvadratroten av Kohlrausch specificerades av Debye, Hückel och Onsager genom att byta ut koncentrationen (under roten) mot jonstyrkan I < displaystyle I>. För jonstyrkor under 0,001 mol/liter bör det då gälla även för lösningar av flervärda joner. Ser:

I lösningar är konduktiviteten inte bara beroende av temperaturen, utan också på andra effekter:


Tillämpningar av dynamik på fysik och kemi

JJ Thomson, idag mest känd för att ha upptäckt elektronen 1897, presenterar ett verk med sin bok "Applications of Dynamics on Physics and Chemistry" som bygger på föreläsningar som författaren redan var i 30-årsåldern på det prestigefyllda Cavendish Laboratory i Cambridge. Med detta arbete vänder sig författaren mot den tidigare vanliga praxisen att förklara samband mellan fysiska fenomen med hjälp av termodynamikens huvudprinciper. Thomson föreslår användningen av dynamik som motmodell och undersöker i sin bok vilka resultat som kan uppnås med hjälp av dessa rent dynamiska principer. Efter en grundlig introduktion av metoderna tillämpar Thomson dem på olika ämnesområden och frågor från fysik och kemi. Till exempel behandlar han ömsesidiga samband mellan fysikaliska krafter, förångningsprocesser och det allmänna fallet med kemisk jämvikt. Författaren är inte rädd för att gå in på nackdelarna och svagheterna med sin metod.
Joseph John Thomson (1856-1940), brittisk fysiker, fick Nobelpriset 1906 för sin forskning om gasers elektriska ledningsförmåga.
Detta verk är ett noggrant omarbetat nytryck av den tyska översättningen från 1890.

Fler erbjudanden om ämnet

Terrashops nyhetsbrev: Registrera dig gratis

1 Defekta exemplar är böcker med mindre skador såsom stötade hörn, repor på omslaget, skador/bucklor i boksnittet eller liknande. Dessa böcker är markerade som sådana med en "defekt kopia"-stämpel. Det tidigare fasta bokpriset upphävs därmed. Uppgifter om prisavdrag avser det bundna priset på ett felfritt exemplar.

2 Defekta exemplar är böcker med mindre skador såsom stötade hörn, repor på omslaget, skador/bucklor i boksnittet eller liknande. Dessa böcker är markerade som sådana med en "defekt kopia"-stämpel. Uppgifter om prisavdrag avser det tidigare bundna priset på ett felfritt exemplar.

3 Priskontrollen för denna artikel har tagits bort. Uppgifter om prissänkningar avser tidigare fast detaljhandelspris.

4 Prisjämförelsen avser tillverkarens tidigare rekommenderade försäljningspris.

5 Dessa artiklar har mindre skador såsom stötade hörn, repor eller liknande och kan i vissa fall märkas som sådana med en "defekt kopia"-stämpel. Prisjämförelsen avser tillverkarens tidigare rekommenderade försäljningspris.

6 Prisjämförelsen avser summan av de enskilda priserna på varorna i paketet. De artiklar som bjuds ut till försäljning är defekta kopior eller så har prisbestämningen av dessa artiklar hävts eller priset har sänkts av förlaget eller ett tidigare rekommenderat pris från tillverkaren. Uppgifter om prisavdrag avser tidigare pris. Den relevanta orsaken visas på artikelsidan.

7 Bokens bundna pris sänktes av förlaget. Uppgifter om prisavdrag avser tidigare fast pris.


Laddningsbärare i grafer

De förutsagda egenskaperna hos grafer kan nu också undersökas experimentellt. Hur laddningsbärare rör sig och beter sig i ett fast ämne beror till exempel på atomernas arrangemang. I grafen sitter kolatomerna i hörnen av regelbundet arrangerade hexagoner. Atomerna interagerar med varandra och deras elektriska fält överlagras på ett sätt som gör grafen unik som material. "Kolatomernas potential får laddningsbärarna att tro att de är masslösa och rör sig nära ljusets hastighet", säger Traubie. Hur sådana relativistiska partiklar beter sig kan annars bara undersökas i högenergifysik.

Elektronernas beteende säkerställer också att grafen leder elektricitet mer än en och en halv gång bättre än koppar och kan därför vara en del av till exempel snabbt uppladdningsbara energilagringsenheter. Materialet kan användas inte bara i konventionell elektronik, utan även i spintronik. Medan elektronernas laddning är avgörande inom elektronik, använder spintronik partiklarnas spinn, dvs.

Bindningarna mellan angränsande kolatomer är mycket starka. Detta gör grafen stabil och flexibel på samma gång. Den här egenskapen används redan: I ett tennisracket optimerar en tillagd graf viktfördelningen inom det starkaste och flexibla nätverket som möjligt. De monoatomiska kolskikten är också mycket lätta och nästan genomskinliga.


Tillämpningar av elektrolytisk konduktivitet - kemi och fysik

1 Tillämpningar av lagen om massaktioner

1.1.1 Teoretiska grunder

1.1.2 Övningar om löslighetsprodukten

1.2 Buffertlösningar

1.2.1 Teoretiska grunder

1.2.2 Övningar för buffertlösningar

2 konduktivitet och konduktometri

2.1 Teoretiska grunder

2.2 Tillämpningar av konduktivitetsmätningar

2.3 Uppgifter om konduktivitet

3.1 Typer av elektroder

3.1.1 Elektroder 1. Art

3.1.2 Elektroder av den andra typen

3.1.3 Elektroder 3. Art

3.2 direkt potentiometri

3.2.1 Mätning av pH-värdet

3.2.2 Uppbyggnad av en enstavs mätkedja

3.2.3 Kalibrering av kombinationselektroder

3.2.4 Skötsel av kombinationselektroder

3.3 Jonselektiva elektroder ISE

3.4 Potentiometriska titreringar

3.4.1 Teoretiska grunder

3.4.2 Utvärdering av potentiometriska titreringar

4 Grunderna i polarografi och voltammetri

4.1 Grundläggande aspekter av polarografi och voltammetri

4.1.1 Betydelsen av voltammetri jämfört med andra spåranalysmetoder

4.1.2 Terminologi

4.1.3 Grundkrets för en enkel polarograf

4.1.4 Voltametriska ström-spänningskurvor

4.1.5 Jämförelse av Faraday och kapacitansströmmar

4.1.6 Jämförelse av puls- och differentialpulspolarografi

4.2 Omvänd voltammetri

4.3 Pulsmetod

4.3.1 Allmänt

4.3.2 Pulspolarografi

4.3.3 Differentialpulspolarografi

4.3.4 Typiskt differentialpulspolarogram eller pulsvoltammogram, samtidig bestämning

4.4 Frågor om voltammetri och polarografi

5 Grunderna i akustik, buller och ljudmätning

5.1 Buller och dess konsekvenser för miljön

5.2 Ljud

5.3 Audiometri

5.4 Hälsoeffekter av buller

5.5 Bullerskyddslag

5.6 Känsla av ljudtrycksnivåer och frekvenser

5.7 Kvantiteter för kvantitativ inspelning av ljud

5.7.1 Ljudfältsstorlekar

5.7.1.1 Ljudtryck

5.7.1.2 Ljudintensitet

5.7.1.3 Ljudeffekt

5.7.2.1 Ljudtrycksnivå

5.7.2.2 Ljudintensitetsnivå

5.7.2.3 Ljudeffektnivå


Video: Applications of Electrolysis (November 2021).