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Chimica - Qual è la differenza tra conduttanza molare e conducibilità molare?

Non dimenticare che nella scienza un errore può quasi sempre avere più di una risoluzione, quindi insegniamo il più ottimale ed efficiente.

Soluzione:

Soluzione 1:

Posso capire la vostra frustrazione. L'uso della terminologia è spesso incoerente e confuso (con mio grande disappunto). Penso che abbiate capito l'idea generale: la conduttanza ($G$) può essere definita come segue:

$$G = frac{1}{R}$$

cioè la facilità con cui una corrente può fluire. Come hai detto tu, $$R = rho frac{l}{A}$$

si può ora identificare, $$G = kappafrac{A}{l}$$$ dove la conduttività $$kappa = frac{1}{rho}$$

La "quantità qualsiasi" molare ha sempre le dimensioni (è utile pensare in termini di dimensioni) $testo{"quantità" } ´mathrm{mol^{-1}}$

Quindi, ne consegue che la conducibilità molare $$ Lambda_m = frac{kappa}{c}$$ dove $c$ è la concentrazione molare. È utile definire la conduttività molare perché, come già sapete, la conduttività cambia con la concentrazione.

Ora, per affrontare l'effetto della variazione di concentrazione sulla conduttività molare, dobbiamo considerare separatamente il caso di elettroliti deboli e forti.

Per un elettrolita forte, possiamo assumere una dissociazione del 100% circa negli ioni costituenti. Un esempio tipico è un $Ce{MX}$ sale come ${ce{KCl}$

$$ce{MX} rightleftharpoons ce{M^+} + ce{X^-}$$ La costante di equilibrio per questa reazione è
$$ K = frac{[ce{M^+}][ce{X^-}]}{[ce{MX}]}$$ e quindi, al diminuire della concentrazione molare dell'elettrolita, l'equilibrio si sposta verso gli ioni dissociati.

A concentrazioni sufficientemente basse, vengono rispettate le seguenti relazioni:

$$Lambda _{m}=Lambda _{m}^{0}-K{sqrt {c}}$$

dove $ Lambda _{m}^{0}$ è nota come conduttività molare limitante, $K$ è una costante empirica e $c$ è la concentrazione dell'elettrolita (Limite qui significa "al limite della diluizione infinita").

In effetti, la conduttività osservata di un elettrolita forte diventa direttamente proporzionale alla concentrazione, a concentrazioni sufficientemente basse

All'aumentare della concentrazione, tuttavia, la conduttività non aumenta più in proporzione.

Inoltre, la conducibilità di una soluzione di un sale è uguale alla somma dei contributi di conducibilità del catione e dell'anione.

$$ Lambda_{m}^{0}= nu_{+}lambda_{+}^{0}+nu _{-}lambda _{-}^{0}$$
dove:
$ nu _{+}$ e $ nu _{-}$ sono il numero di moli di cationi e anioni, rispettivamente, che si creano dalla dissociazione di $pu{1 mol}$ dell'elettrolita disciolto, e ${lambda _{+}^{0}$, ${lambda _{-}^{0}$ sono le conducibilità molari limitanti di ogni singolo ione.

La situazione diventa leggermente più complessa per gli elettroliti deboli, che non si dissociano mai completamente negli ioni che li compongono. Non esiste più un limite di diluizione al di sotto del quale la relazione tra conduttività e concentrazione diventa lineare.
Abbiamo sempre una miscela di ioni e molecole complete in equilibrio. Pertanto, la soluzione diventa sempre più completamente dissociata a concentrazioni più deboli.

Per basse concentrazioni di elettroliti deboli "ben comportati", il grado di dissociazione dell'elettrolita debole diventa proporzionale alla radice quadrata inversa della concentrazione.

Un esempio tipico potrebbe essere un acido debole monoprotico come l'acido acetico (sempre dal vostro grafico):

$$ce{AB} ´rightleftharpoons ce{A^+} + ce{B^-} $$

Lasciate che $alpha$ è la frazione di elettrolita dissociato, allora $ alpha c_0$ è la concentrazione di ciascuna specie ionica. E $(1 - alfa)$, e $(1 - alpha)c_0 $ fornisce la frazione e la concentrazione di elettrolita non dissociato. La costante di dissociazione è:

$$K = frac{alpha^2 c_0}{1-alpha}$$

per gli elettroliti deboli, $alpha$ è piccolo, quindi il denominatore è quasi uguale a uno, $$ K approxeq alpha^2 c_0$$ e $$ alpha = sqrt{frac{K}{c_0}}$$ (come ho detto prima)

per le conduttività, si può ora scrivere la seguente relazione
$$frac{1}{Lambda_m} = frac{1}{Lambda_m^0} + frac{Lambda_mc}{K (Lambda_m^0)^2}$$ Questo si adatta alla curva vista nel vostro grafico.

Attenzione, tutti questi argomenti valgono per soluzioni diluite. Ad alte concentrazioni le cose sfuggono di mano e si deve tener conto di qualche fenomeno aggiuntivo (per esempio, l'acido acetico formerà dimeri legati all'idrogeno).

In ogni caso, per farla breve, la conduttività aumenta con l'aumentare della diluizione (anche se in modo diverso per elettroliti forti e deboli). Dalle definizioni che ho esposto all'inizio, indovinare come cambia la conduttanza è banale.

Soluzione 2:

Innanzitutto chiariamo i termini, perché questo sembra generare un po' di confusione.

Conduttanza=Capacità di un componente di condurre corrente elettrica (può riferirsi anche al calore e ad altri elementi, ma per ora ci limiteremo a quelli del vostro esempio).

Dipende da: il materiale del componente (cioè la sua conduttività), la lunghezza del componente (l) e la sezione trasversale del componente (A). L'unità di misura è S(dalla conduttività)*m(dalla lunghezza)/m2 (dall'area) che dà S/m.

Conducibilità è la capacità di un materiale di condurre corrente elettrica, indipendentemente dalle sue dimensioni. È chiamata anche conduttanza specifica. È l'inverso della resistività, misurata in S (siemens, citato anche sopra).

Se ho una cella/componente di 1 mq di sezione e 1 m di lunghezza, la conduttanza e la conducibilità avranno lo stesso valore. Se questi valori sono diversi per il componente che sto calcolando, aggiusto la conduttività del materiale in generale con le dimensioni e ottengo la conduttività del mio particolare componente (come un conduttore, un pezzo di metallo, un ambiente elettrolitico, ecc.)

Quindi direi che un metallo ha un'alta conduttività e che una barra (o un altro pezzo specifico) dello stesso metallo ha una conduttività (presumibilmente) alta.

Ora passiamo alle domande:

Q1: Conduttanza molare = conduttanza di tutti gli ioni prodotti dalla ionizzazione di 1 g mole di un elettrolita quando è presente in V mL di soluzione. La relazione matematica è miu=k * V ; k è la conduttività=conduttanza specifica

Q2: Conduttività molare=lambda= k/concentrazione molecolare che la rende uguale alla conduttanza molare per mole. Quindi questa è più o meno la differenza tra le due, se possiamo chiamarla così.

Si noti che queste si riferiscono alle conduttività ioniche, per gli elettroliti.

Q3: La variazione della conduttanza molare con la concentrazione può essere spiegata sulla base della capacità di conduzione degli ioni per gli elettroliti deboli e forti. Un elettrolita forte è un composto che si dissocia totalmente in acqua negli ioni che lo compongono, mentre un elettrolita debole è un elettrolita in cui sono presenti il composto in sé e gli ioni che lo compongono separatamente. Vi ricordo che la conducibilità ionica e la conduttanza si basano entrambe sulla presenza di ioni in soluzione.

Per gli elettroliti deboli: aumentando il volume (quindi la diluizione), incoraggiamo l'equilibrio a spostarsi verso la dissociazione. Pertanto, avremo più ioni in soluzione e un aumento implicito della conduttanza molare. In pratica, significa che 1 mole disciolta in 10 mL di acqua emette meno ioni di 1 mole della stessa sostanza, nelle stesse condizioni, in 100 mL di acqua.

Per gli elettroliti forti, l'effetto osservato è lo stesso (la cond. molare aumenta all'aumentare di V), ma le ragioni sono diverse. Nelle soluzioni concentrate (meno solvente) gli ioni forti con carica opposta tendono ad attrarsi. Se si lascia loro abbastanza spazio (cioè si aumenta V) per muoversi liberamente da queste attrazioni, si ottiene un aumento della conduttanza molare.

Q4: La conduttanza, abbiamo detto, è conduttività* area trasversale/lunghezza del componente, e l'inverso della resistenza. Quindi conduttanza=intensità di corrente/tensione; l'intensità della corrente, a sua volta, è direttamente proporzionale alla concentrazione di ioni (numero di ioni/volume) e alla mobilità ionica (non ci pensiamo un attimo). Pertanto, se abbiamo una concentrazione di ioni più bassa (stessi ioni/volume più grande), avremo una corrente minore e quindi una diminuzione della conduttanza.

Spero che queste spiegazioni siano utili. Se avete domande di approfondimento, sentitevi liberi. Nel frattempo, penserò a qualche risorsa da inviare come fonte affidabile.

Grazie.


Soluzione 3:

A mio parere,
1) Conduttanza= È il reciproco della resistenza elettrica. O si può dire che è la facilità con cui un conduttore o un elettrolita permette il flusso di elettroni attraverso di esso.
Non tiene conto delle dimensioni.
L'unità di misura SI è il Siemens.

2) Conduttività = È la conduttanza di una soluzione di 1 cm di lunghezza e avente 1 cm quadrato come area di sezione. In alternativa, può essere definita come la conduttanza di una soluzione di 1 cm^3 di un elettrolita.
Tiene conto delle dimensioni.
L'unità di misura SI è quindi il Siemens/metro.

3)Conduttanza molare = È la conduttanza di 1 mole di un elettrolita in V cm^3 di soluzione.

4)Conduttività molare= È la conduttività di 1 mole di elettrolita.
Oppure si può dire che la conduttività molare di una soluzione a una diluizione V è la conduttanza di tutti gli ioni prodotti da 1 mole di elettrolita disciolto in V cm^3 di soluzione quando gli elettrodi sono distanti 1 cm (nota: qui si parla di dimensioni) e l'area degli elettrodi è così grande che l'intera soluzione è contenuta tra di essi.
Conduttività molare= (conduttività specifica × 1000) / Molarità
L'unità SI è S m^2 mol^-1.

In parole povere, la conduttività tiene sempre conto delle dimensioni (cioè dell'area dell'elettrodo), mentre la conduttanza non lo fa mai.

Q. Cosa succede alla conduttanza, alla conduttanza molare, alla conduttanza equivalente, alla conducibilità, alla conduttanza molare e alla conduttanza equivalente in caso di diluizione?

Ans- Cerchiamo di capirlo con un esempio.

Caso 1- Consideriamo 1 cc di soluzione contenente 1 g eq. di elettrolita in un recipiente. La conduttanza di questa soluzione sarà quindi la conduttività specifica o semplicemente la conduttività. Inoltre, secondo la definizione, la Conduttività equivalente è la Conduttività di 1 g eq. di elettrolita disciolto in V cc di soluzione quando la distanza tra gli elettrodi è di 1 cm e l'area degli elettrodi è così grande che l'intera soluzione è contenuta tra di essi (NOTA - l'area può essere o meno di 1 cm2 e in tal caso la Conduttività eq. sarà uguale alla Conduttività specifica).
Pertanto, se si considera 1 cc di soluzione contenente 1 grammo equivalente di elettrolita, la conduttività equivalente è uguale alla conduttività specifica.

Caso 2 - Ora, supponiamo di prendere 4 cc di soluzione contenente 1 grammo equivalente di elettrolita. La conduttanza della soluzione sarà ancora uguale alla sua conduttività equivalente a questa diluizione (cioè 4 volte), ma ora ci saranno quattro cubetti di 1 cc ciascuno. La conduttanza di ogni 1 cc di soluzione è uguale alla sua conduttanza specifica, per cui la conduttanza totale della soluzione, cioè la conduttanza equivalente, è quattro volte la conduttanza specifica.
Quindi, conducibilità equivalente = conducibilità specifica × V cc di soluzione.
Lo stesso vale per la conduttività molare.

Quindi, la conduttanza, la conduttanza molare, la conduttanza equivalente, la conduttanza molare, la conduttanza equivalente aumentano con la diluizione, poiché con la diluizione si produce un maggior numero di ioni, che sono anche quelli che vengono prodotti. di ioni, che sono anche molto più liberi di muoversi o di condurre.

mentre la conduttanza specifica di una soluzione elettrolitica diminuisce con la diluizione poiché il numero di ioni contenuti tra gli elettrodi diminuisce. di ioni contenuti tra gli elettrodi che distano 1 cm l'uno dall'altro e hanno un'area di 1 cm^2 diminuisce.

Ho fatto del mio meglio per chiarire il concetto.Spero che questo vi sia d'aiuto.Qualsiasi altra domanda e suggerimento sono i benvenuti.

Ricorda qualcosa, che hai la possibilità di valutare questo tutorial se rispondi alla tua domanda in un momento specifico.



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