الکترولیت و هدایت الکتریکی – از صفر تا صد

۱۴۰۴/۰۲/۱۵

۴ دقیقه

۱۸۵۶۱

آموزش متنی جامع

هدایت الکتریکی بر مبنای جریان الکترون‌ها بنا شده است. از میان عنصرهای جدول تناوبی، فلزات که در میان آنها فلزات قلیایی و قلیایی خاکی نیز وجود دارند، به دلیل گذردهی خوب الکترون‌ها از میان خود، به عنوان هادی خوب الکتریسیته شناخته می‌شوند. در مقابل، آب مقطر به دلیل قدرت کم در عبور دادن الکترون‌ها، هادی ضعیف الکتریسته به حساب می‌آید. موادی که به شدت یونیزه شده باشند، الکترولیت‌هایی قوی هستند. اسیدهای قوی و نمک‌ها نوعی از الکترولیت قوی محسوب می‌شوند چراکه به طور کامل در محلول یونیزه و سبب حمل بار الکتریکی در محلول و در نتیجه ایجاد جریان الکتریکی می‌شوند. موادی که به طور کامل یونیزه نشوند، در دسته‌بندی الکترولیت‌های ضعیف جای می‌گیرند. اسید و باز‌های ضعیف جزو این گروه هستند زیرا در محلول‌ها به طور کامل یونیزه نمی‌شوند.

الکترولیت و هدایت الکتریکی – از صفر تا صد

فهرست مطالب این نوشته

واحد اندازه‌گیری

اندازه‌گیری هدایت الکتریکی در الکترولیت

توضیح دقیق‌تر اندازه‌گیری

غلظت و کل مواد جامد محلول

غلظت

کل مواد جامد محلول

هدایت الکتریکی و دما

دسته‌بندی الکترولیت‌های قوی و ضعیف

الکترولیت‌های قوی

الکترولیت‌های ضعیف

غیر الکترولیت‌ها

هدایت الکتریکی یک محلول الکترولیت معیاری برای قابلیت گذردهی الکتریسیته و واحد آن در SI، «زیمنس بر متر»

(S / m)

است. اندازه‌گیری هدایت الکتریکی در صنعت و محیط زیست به عنوان یک روش ارزان و قابل اعتماد برای بررسی میزان یون موجود در یک محلول، به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. به طور مثال، اندازه‌گیری هدایت الکتریکی و کنترل آن، از روش‌های معمول در تصفیه آب برای مصارف خانگی و صنعتی است.

الکترولیت و تصفیه آب

در بسیاری از موارد، هدایت الکتریکی به طور مستقیم با «کل مواد جامد محلول» (Total Dissolved Solids) مرتبط می‌شود. هدایت الکتریکی آب دیونیزه (یون‌زدوده) باکیفیت، معمولا در حدود

5.5 \ \mu S / m

در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد است. این مقدار برای آب آشامیدنی بین 5 تا 50

5.5 \ m S / m

و برای آب دریا در حدود

5000000 \ \mu S / m

در نظر گرفته می‌شود. هدایت الکتریکی در گذشته از طریق اتصال الکترولیت به یک مدار پل وتسون اندازه‌گیری می‌شد. محلول‌های رقیق از قانون «کولراش» (Kohlrausch) در رابطه با هدایت الکتریکی تبعیت می‌کنند.

واحد اندازه‌گیری

همانطور که گفته شد، واحد اندازه‌گیری هدایت الکتریکی الکترولیت‌ها در SI، $S / m$ است که در دمای 25 درجه سانتیگراد تعریف می‌شود. البته در صنعت، مقدار $\mu S / m$ بدین منظور کاربرد دارد.

فیلم آموزش پیل‌های سوختی در فرادرس

کلیک کنید

سلول استاندارد استفاده شده در این فرآیند با عرض ۱ سانتیمتر و برای آب خالصِ در تعادل با هوا، مقاومتی در حدود $10 ^ 6$ اهم دارد. این مقدار به عنوان یک مگا اهم در نظر گرفته می‌شود. برای «آب فرا خالص» (Ultra- Pure Water) این مقدار در حدود 18 مگا اهم یا بیشتر است.

تبدیل هدایت الکتریکی به TDS، به نوع ترکیب شیمیایی نمونه بستگی دارد و می‌تواند از 0/54 تا 0/96 متغیر باشد. این مقدار با در نظر گرفتن سدیم کلرید به عنوان جامد، 0/64 در نظر گرفته می‌شود. به بیان بهتر، عدد $1 \mu S / m$ معادل با 0/64 میلی‌گرم $Na Cl$ در هر کیلوگرم از آب است.

آب فرا خالص

اندازه‌گیری هدایت الکتریکی در الکترولیت

با اندازه‌گیری دقیق هدایت الکتریکی، در موارد بسیاری می‌توان از آن بهره برد. یکی از این کاربردها، اندازه‌گیری خلوص آب است. هدایت الکتریکی یک محلول الکترولیتی با اندازه‌گیری مقاومت محلول بین دو الکترود تیغه‌ای یا استوانه‌ای محاسبه می‌شود. لازم به ذکر است که این دو الکترود در فاصله معین از یکدیگر قرار گرفته‌اند.

فیلم آموزش رسانایی‌ الکتریکی در محلول‌ها در فرادرس

کلیک کنید

برای جلوگیری از بروز پدیده برقکافت (الکترولیز)،‌ از ولتاژ متناوب در دستگاه بهره می‌گیرند. مقاومت مورد نظر بوسیله «رسانا سنج» (Conductivity Meter) قابل محاسبه است.

هدایت الکتریکی

دستگاه‌های مختلفی برای این امر وجود دارند. دو نوع اصلی در اندازه‌گیری هدایت الکتریکی الکترولیت‌ها، مدل الکترودی و القایی است. بسیاری از دستگاه‌های جدید به طور خودکار تصحیحات مربوط به دما را نیز انجام می‌دهند.

دستگاه اندازه گیری هدایت الکترولیت

توضیح دقیق‌تر اندازه‌گیری

در یک سیم فلزی، ذرات باردار، الکترون‌ها هستند که در طول سیم حرکت می‌کنند. در یک محلول، یون‌ها این وظیفه را به عهده دارند. همچنین، شدت جریان در یک الکترولیت به موارد زیر وابسته است:

طبیعت یون‌ها: بار، اندازه و قابلیت حرکت آنها
طبیعت حلال: ثابت دی الکتریک و ویسکوزیته
غلظت یون‌ها
دما

به طور کلی، هرقدر تعداد یون‌ها در محلول بیشتر باشد، رسانایی مربوط به یون‌های آن نیز بیشتر است. همچنین هدایت الکتریکی تا یک میزان بیشینه، با افزایش غلظت، افزایش می‌یابد. بعد از این مقدار، رسانایی با افزایش غلظت، کاهش پیدا می‌کند.

نحوه حمل و نقل، میزان خلوص و پایداری یک محلول در اندازه‌گیری این مقدار موثر است. آلودگی، جذب‌ دی‌اکسید کربن و خارج شدن گاز از محلول سبب خطا در سنجش هدایت الکتریکی خواهد بود.

غلظت و کل مواد جامد محلول

رابطه بین هدایت الکتریکی و تعداد یون در محلول، در اندازه‌گیری غلظت آن به ما کمک می‌کند و از این طریق می‌توان به میزان «کل مواد جامد محلول» (TDS) دست یافت.

فیلم آموزش سنسورهای الکتروشیمیایی در فرادرس

کلیک کنید

غلظت

برخی از مواد مانند $NaCl$ و $HCl$ توسط آب به خوبی یونیزه (آبپوشی) می‌شوند. در نتیجه محلول حاصل از این مواد رسانایی بالایی دارند. اسیدها، بازها و نمک‌ها هرکدام دارای نمودار مشخصه‌ای برای سنجش هدایت الکتریکی در مقابل غلظت هستند. به همین منظور محلول‌های با اجزا و غلظت معین،‌ نیاز به تصحیح در محاسبات دارند.

کل مواد جامد محلول

فرضیات متعددی به هنگام محاسبه TDS محلول از روی هدایت الکتریکی وجود دارند. به طور کلی از یک ضریب تبدیل در محاسبات استفاده می‌شود. این ضریب تبدیل به تصحیح نیاز دارد و بر اساس طبیعت محلول متغیر است. مقدار TDS، مجموع تعداد یون‌ها با اندازه کمتر از 2 میکرون است.

فیلم آموزش الکترولیت و کاربردهای آن در شیمی در فرادرس

کلیک کنید

در آب تصفیه شده،‌ مقدار TDS با میزان شوری (غلظت یون‌های نمک در آب) برابر است. در آب‌های آلوده‌، این میزان می‌تواند شامل ذرات حل شده نظیر هیدروکربن‌ها و اوره نیز باشد. واحد اندازه‌گیری کل مواد جامد محلول، TDS،

m g / L

است.

کل مواد جامد

هدایت الکتریکی و دما

رسانایی الکتریکی با افزایش دما، افزایش می‌یابد. این افزایش رسانایی، به ازای هر افزایش درجه سانتیگراد، در حدود 1 تا 1/5 درصد افزایش پیدا می‌کند. در نتیجه نیاز به اعمال تصحیحات دما در محاسبات هدایت الکتریکی است.

دسته‌بندی الکترولیت‌های قوی و ضعیف

در جداول زیر الکترولیت‌های قوی، ضعیف و غیر الکترولیت‌ها آورده شده است:

الکترولیت‌های قوی

اسید قوی	باز قوی	نمک‌های محلول
$H Cl$	$Na O H$	$Na Cl$
$H Br$	$K O H$	$K _ 2 C O _3$
$H I$	$C a ( O H ) _ 2$	$Cu S O _ 4$
$H N O _ 3$	$B a ( O H ) _ 2$
$H _ 2 S O _ 4$
$H Cl O _ 4$
$H Cl O _ 3$

الکترولیت‌های ضعیف

اسید ضعیف	باز ضعیف	نمک‌های کم محلول
$C H _ 3 C O O H$	$N H _ 3$	$Ag Cl$
$H _ 2 C O _3$	$N H _ 4 O H$	$Ca C O _ 3$
$C _ 6 H _ 8 O _ 7$	$M g ( O H ) _2$	$B a S O _ 4$
$H _ 3 P O _ 4$

غیر الکترولیت‌ها

آب مقطر و اتانول در دسته غیر الکترولیت‌ها قرار می‌گیرند.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

محصول، خدمات یا برند خود را در مجله فرادرس معرفی کنید.

کلیک کنید

مطالب مجله فرادرس را در جستجوی گوگل سریع‌تر ببینید

بر اساس رای ۷۴ نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

اگر پرسشی درباره این مطلب دارید، آن را با ما مطرح کنید.

ثبت نظر

منابع:

LibreTexts wikipedia Andy Connelly Fonderiest research gate

شیمی

سهیل بحر کاظمی (+)

«سهیل بحرکاظمی» دانش‌آموخته کارشناسی ارشد رشته مهندسی نفت از دانشگاه علوم و تحقیقات تهران است. به عکاسی و شیمی آلی علاقه دارد و تا امروز تولید مطالب متنوعی از مجله فرادرس را در حوزه‌های شیمی، هنر و بازاریابی به عهده داشته است. او اکنون به عنوان مدیر مجله علمی-آموزشی فرادرس فعالیت می‌کند.

مطالب مرتبط

جامد کووالانسی چیست؟ – به زبان ساده + انواع و ساختار

عدد کوئوردیناسیون چیست؟ – به زبان ساده + روش تعیین

جمع بندی شیمی دوازدهم فصل سوم (رایگان و جامع) + نکات و حل تمرین

استراتوسفر چیست؟ – به زبان ساده + ویژگی‌ها

لایه اوزون چیست؟ – اهمیت، دلایل تخریب و محافظت از آن

جمع بندی شیمی دهم فصل دوم (رایگان و جامع) + نمونه سوال

آئروسل در شیمی – به زبان ساده + انواع و کاربردها

جمع بندی شیمی دوازدهم فصل دوم (رایگان و جامع) + نکات و حل تمرین

عنصر لیتیم چیست؟ – به زبان ساده + خواص و کاربردها

مدل دریای الکترونی چیست؟ – در شیمی و به زبان ساده

۱۱ دیدگاه برای «الکترولیت و هدایت الکتریکی – از صفر تا صد»

مهرداد کبیری

۰۴ شهریور، در ۱۴۰۲ ۱۱:۳۸ ب.ظ

سلام
با تشکر از مقاله خوبی که در این زمینه نشر کردید ..سوالی که دارم که چرا برای ساخت استاندارد محلول کنداکتیوتی از محلول یا نمک جامد پتاسیم کلراید استفاده می کنند .
با تشکر از جواب شما

پاسخ

امید

۱۶ دی، در ۱۴۰۱ ۱:۴۲ ق.ظ

سلام
شما گفتید رسانایی الکتریکی با افزایش دما، افزایش می‌یابد. این افزایش رسانایی، به ازای هر افزایش درجه سانتیگراد، در حدود 1 تا 1/5 درصد افزایش پیدا می‌کند این مورد فقط در مورد نیمه رساناها صدق می کنه
ممنون

پاسخ

سحر خائفی

۱۷ دی، در ۱۴۰۱ ۳:۰۲ ب.ظ

سلام و وقت شما به‌خیر؛

این نکته که «رسانایی الکتریکی با افزایش دما افزایش پیدا می‌کند» در متن اشاره به الکترولیت‌ها دارد.
در حالت کلی‌ با افزایش دما، رسانایی الکتریکی رساناها کاهش می‌یابد و در مورد نیمه‌رساناها برعکس این صادق است. یعنی با افزایش دما، رسانایی الکتریکی در نیمه‌رساناها افزایش پیدا می‌کند.

با تشکر از همراهی شما دوست عزیز با مجله فرادرس

نگار

۰۲ اردیبهشت، در ۱۴۰۰ ۱۱:۳۱ ق.ظ

سلام و وقتتون بخیر ممنون بابت اطلاعاتی که گذاشتید.
من در ابتدا یه سوال جنرال و بیسیک داشتم.
میخواستم تفاوت بین
conduction electron
electronic conductivity
electrical conductivity
ionic conductivity
متوجه بشم؟ و اینکه الکترونیک کانداکتیویتی مواد رو چطور میتونم پیدا بکنم؟ در مقالات که سرچ میکنم بیشتر الکتریک کانداکتیویتی مواد وجود داره؟
دنبال الکترونیک کانداکتیویتی
Ti
TiO2
TiC
TiN
TiN-TiO2
TiC-TiO2
هستم! در دمای حدود 300 تا 350 درجه. و اصلا نمیدونم الکترون کانداکتیویتی هم با دما تغییر میکنه؟!؟!
خیلی ممنون میشم راهنماییم کنید.

پاسخ

الیا

۱۸ فروردین، در ۱۴۰۰ ۱:۴۳ ب.ظ

سلام سدیم هیدروکسید الکترولیت قوی تری هست یا HCl و به طور کلی مقاومت محلول در اسید هابیشتر است یا یون ها ؟؟

پاسخ

نفس

۱۵ دی، در ۱۳۹۹ ۹:۴۵ ب.ظ

سلام. ببخشید یک سوال داشتم برای تفکیک هدایت الکترونی و هدایت یونی از هم چه راهکارهایی وجود دارد. یک مبحث در رابطه با تبدیل Kramer–Kronig K-K Transforms مطالعه کردم ولی خیلی خوب نفهمیدم چیکار کرد.

پاسخ

امید

۰۶ دی، در ۱۴۰۲ ۱۰:۳۸ ق.ظ

سلام چرا به جای سیم کشی برق، با استفاده از آب نمک درون لوله های پلیمری که قدرت تحمل جریان زیادی در برابر گرما دارند جهت هزینه های کمتر استفاده نمیشه؟ با تشکر

فهیمه

۲۳ آذر، در ۱۴۰۰ ۹:۱۴ ب.ظ

سلام
میخواستم بپرسم چراهدایت یون های HوOHبطورغیرعادی بالاست

سهیل بحر کاظمی

۱۶ دی، در ۱۳۹۹ ۸:۳۸ ق.ظ

با سلام؛

از شما بابت مطالعه این مطلب سپاس‌گزاریم. هدایت الکتریکی به حرکت بار در پاسخ به یک میدان الکتریکی می‌گویند اما هدایت یونی نوعی هدایت الکتریکی است که به دلیل حرکت یون (ذره باردار یونی) رخ می‌دهد که این پدیده به عنوان ویژگی محلول‌های الکترولیت شناخته می‌شود. برای درک بهتر نحوه حرکت الکترون‌ها نیز می‌توانید مطلب «پیوند فلزی — به زبان ساده» را مطالعه کنید.

با تشکر

حدیث

۲۰ بهمن، در ۱۳۹۸ ۱:۱۹ ق.ظ

سلام یه سوال داشتم .. ما یک محلول الکترولیتی درست کردیم و لامپ رو روشن کرده .. اما وقتی امپرسنج رو داخل محلول قرار میدیم چرا هیچ عددی نشون نمیده ؟ .. مگه حرکت یون ها نباید اثری روی امپرسنج داشته باشه ؟ ..ممنون میشم توضیح بدین

پاسخ

سهیل بحر کاظمی

۲۰ بهمن، در ۱۳۹۸ ۹:۳۴ ق.ظ

با سلام؛

از شما به خاطر مطالعه این مطلب سپاسگزاریم. همانطور که در متن هم ذکر شده است،‌ برای الکترولیت‌ها، میزان هدایت الکتریکی اندازه‌گیری می‌شود و همچنین بمنظور اندازه‌گیری شدت جریان در یک مدار الکتریکی (و نه در یک الکترولیت)، باید مولتی‌متر را به صورت سری در یک مدار الکتریکی قرار داد. پیشنهاد می‌کنم برای آشنایی بیشتر با نحوه کار با مولتی‌متر،‌ مطلب «مولتی متر و روش استفاده از آن — به زبان ساده» را مطالعه کنید.

با تشکر

نظر شما چیست؟

برچسب‌ها