आयन गतिविधि और इलेक्ट्रोलाइट ऊष्मागतिकी
आयन गतिविधि विलयन में एक आयन की ऊष्मागतिकीय रूप से प्रभावी सांद्रता है, जो आवेशित प्रजातियों के बीच लंबी दूरी की इलेक्ट्रोस्टैटिक अंतःक्रियाओं के कारण विश्लेषणात्मक सांद्रता से भिन्न होती है।
Definition
यह अध्ययन कि कैसे इलेक्ट्रोलाइट विलयनों में इलेक्ट्रोस्टैटिक अंतःक्रियाएं आयन व्यवहार को आदर्शता से विचलित करती हैं, जिसे गतिविधि गुणांकों द्वारा दर्शाया जाता है जो प्रभावी गतिविधि को सांद्रता से संबंधित करते हैं।
Scope
यह विषय आयनों की गतिविधि और गतिविधि गुणांक, प्रायोगिक रूप से सुलभ मात्रा के रूप में माध्य आयनिक गतिविधि गुणांक, आयनिक शक्ति, और डेबी-हुकेल सिद्धांत को शामिल करता है जो तनु इलेक्ट्रोलाइट्स में गुणांकों की भविष्यवाणी करता है। इसमें उच्च सांद्रता के लिए विस्तारित मॉडल और सेल क्षमता और संतुलन गणना के लिए गैर-आदर्शता के परिणाम शामिल हैं।
Core questions
- एक आयन की प्रभावी ऊष्मागतिकीय सांद्रता उसकी मोलर सांद्रता से क्यों भिन्न होती है?
- आयनिक शक्ति एक विलयन के संचयी इलेक्ट्रोस्टैटिक वातावरण को कैसे निर्धारित करती है?
- डेबी-हुकेल सिद्धांत तनु विलयनों में गतिविधि गुणांकों की भविष्यवाणी कैसे करता है, और यह कहाँ विफल होता है?
- केवल माध्य गतिविधि गुणांकों को ही सीधे क्यों मापा जा सकता है, एकल-आयन गतिविधियों को क्यों नहीं?
Key theories
- डेबी-हुकेल सिद्धांत
- एक आयन को विपरीत शुद्ध आवेश के एक सांख्यिकीय आयनिक वातावरण से घिरा हुआ मानता है; परिणामी इलेक्ट्रोस्टैटिक स्थिरीकरण गतिविधि गुणांक को कम करता है, जिससे सीमित नियम प्राप्त होता है जिसमें log γ± आयनिक शक्ति के ऋणात्मक वर्गमूल के समानुपाती होता है।
- माध्य आयनिक गतिविधि गुणांक
- चूंकि एकल-आयन गतिविधियां ऊष्मागतिकीय रूप से अलग नहीं की जा सकती हैं, इसलिए धनायन और ऋणायन गुणांकों का ज्यामितीय माध्य इलेक्ट्रोलाइट गैर-आदर्शता को नियंत्रित करने वाली मापने योग्य मात्रा के रूप में परिभाषित किया गया है।
Clinical relevance
सटीक पीएच माप, आयन-चयनात्मक इलेक्ट्रोड अंशांकन, प्राकृतिक और औद्योगिक जल में घुलनशीलता की भविष्यवाणी, और बैटरी इलेक्ट्रोलाइट्स और संक्षारण वातावरण के मॉडलिंग के लिए गतिविधि सुधार आवश्यक हैं जहां केंद्रित इलेक्ट्रोलाइट्स आदर्शता से दृढ़ता से विचलित होते हैं।
History
गिलबर्ट लुईस ने गैर-आदर्श विलयनों के लिए ऊष्मागतिकीय औपचारिकता को बनाए रखने के लिए 1900 के दशक की शुरुआत में गतिविधि अवधारणा पेश की; डेबी और हुकेल ने 1923 में एक सूक्ष्म इलेक्ट्रोस्टैटिक सिद्धांत प्रदान किया, जिसे बाद में डेविस, पिट्जर और अन्य द्वारा उच्च सांद्रता के लिए अनुभवजन्य रूप से विस्तारित किया गया।
Key figures
- Peter Debye
- Erich Hückel
- Gilbert N. Lewis
Related topics
Seminal works
- debye1923
- atkins2018
- bockris1998
Frequently asked questions
- एकल-आयन गतिविधि गुणांकों को क्यों नहीं मापा जा सकता है?
- कोई भी वास्तविक विलयन विद्युत-उदासीन होता है, इसलिए धनायनों और ऋणायनों को स्वतंत्र रूप से भिन्न नहीं किया जा सकता है; केवल संयुक्त माध्य गतिविधि गुणांक मापने योग्य ऊष्मागतिकीय मात्राओं में प्रकट होता है, जिससे एकल-आयन मान एक परंपरा का विषय बन जाते हैं।
- डेबी-हुकेल सीमित नियम कब विफल होता है?
- यह केवल बहुत तनु विलयनों में लागू होता है; लगभग 0.01 मोलल से ऊपर, आयन का आकार, लघु-श्रेणी की अंतःक्रियाएं और विलायकन विचलन का कारण बनते हैं जिनके लिए डेविस या पिट्जर समीकरणों जैसे विस्तारित या अनुभवजन्य मॉडल की आवश्यकता होती है।