आयन परिवहन संख्या

रसायन विज्ञान में, आयन परिवहन संख्या, जिसे स्थानांतरण संख्या भी कहा जाता है, किसी दिए गए आयनिक प्रजाति द्वारा इलेक्ट्रोलाइट में किए गए कुल विद्युत प्रवाह का अंश है। i::$t_{i}={\frac {I_{i}}{I_{\text{tot}}}}$ विद्युत गतिशीलता में अंतर से परिवहन संख्या में अंतर उत्पन्न होता है। उदाहरण के लिए, सोडियम क्लोराइड के एक जलीय घोल में, आधे से कम धारा को सकारात्मक रूप से आवेशित सोडियम आयनों (धनायनों) द्वारा और आधे से अधिक को नकारात्मक रूप से आवेशित क्लोराइड आयनों (आयनों) द्वारा ले जाया जाता है क्योंकि क्लोराइड आयन सक्षम होते हैं तेजी से चलते हैं, यानी क्लोराइड आयनों में सोडियम आयनों की तुलना में अधिक गतिशीलता होती है। समाधान में सभी आयनों के लिए परिवहन संख्या का योग हमेशा एकता के बराबर होता है:

$\sum _{i}t_{i}=1$

परिवहन संख्या की अवधारणा और माप जोहान विल्हेम हिटटॉर्फ द्वारा वर्ष 1853 में पेश की गई थी। विभिन्न आयन परिवहन संख्या वाले विलयन में आयनों से तरल जंक्शन क्षमता उत्पन्न हो सकती है।

शून्य सांद्रता पर, सीमित आयन परिवहन संख्या को धनायन की सीमित दाढ़ चालकता के संदर्भ में व्यक्त किया जा सकता है ($\lambda _{0}^{+}$), अनियन ($\lambda _{0}^{-}$), और इलेक्ट्रोलाइट ($\Lambda _{0}$):

$t_{+}=\nu ^{+}\cdot {\frac {\lambda _{0}^{+}}{\Lambda _{0}}}$ और

$t_{-}=\nu ^{-}\cdot {\frac {\lambda _{0}^{-}}{\Lambda _{0}}},$

कहाँ $\nu ^{+}$ और $\nu ^{-}$ इलेक्ट्रोलाइट की प्रति सूत्र इकाई क्रमशः धनायनों और ऋणायनों की संख्या है। व्यवहार में दाढ़ आयनिक चालकता की गणना मापा आयन परिवहन संख्या और कुल दाढ़ चालकता से की जाती है। कटियन के लिए $\lambda _{0}^{+}=t_{+}\cdot {\tfrac {\Lambda _{0}}{\nu ^{+}}}$, और इसी तरह आयनों के लिए। समाधानों में, जहां आयनिक संकुलन या संघटन महत्वपूर्ण हैं, दो अलग-अलग ट्रामस्पोर्ट/ट्रामस्फेरेंस संख्याओं को परिभाषित किया जा सकता है। चार्ज-शट्लिंग आयन (अर्थात् लीथियम-आयन बैटरियों में Li+) की उच्च (अर्थात् 1 के करीब) स्थानांतरण संख्या का व्यावहारिक महत्व इस तथ्य से संबंधित है कि एकल-आयन उपकरणों (जैसे लीथियम-आयन बैटरियों) में इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ 1 के पास आयन की स्थानांतरण संख्या, सांद्रता प्रवणता विकसित नहीं होती है। चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों के दौरान एक निरंतर इलेक्ट्रोलाइट एकाग्रता बनाए रखा जाता है। झरझरा इलेक्ट्रोड के मामले में उच्च वर्तमान घनत्व पर ठोस इलेक्ट्रोएक्टिव सामग्री का अधिक पूर्ण उपयोग संभव है, भले ही इलेक्ट्रोलाइट की आयनिक चालकता कम हो।

प्रायोगिक माप

परिवहन संख्या के निर्धारण के लिए कई प्रायोगिक तकनीकें हैं। हिटॉर्फ विधि इलेक्ट्रोड के पास आयन सांद्रता परिवर्तन के मापन पर आधारित है। गतिमान सीमा विधि में विद्युत प्रवाह के कारण दो समाधानों के बीच सीमा के विस्थापन की गति को मापना शामिल है।

हिटॉर्फ विधि

यह विधि 1853 में जर्मन भौतिक विज्ञानी जोहान विल्हेम हिटॉर्फ द्वारा विकसित की गई थी। और इलेक्ट्रोड के आसपास के क्षेत्र में एक इलेक्ट्रोलाइट समाधान की एकाग्रता में परिवर्तन की टिप्पणियों पर आधारित है। हिटॉर्फ विधि में, तीन डिब्बों वाले सेल में इलेक्ट्रोलिसिस किया जाता है: एनोड, सेंट्रल और कैथोड। एनोड और कैथोड डिब्बों में एकाग्रता परिवर्तन का मापन परिवहन संख्या निर्धारित करता है। सटीक संबंध दो इलेक्ट्रोडों पर होने वाली प्रतिक्रियाओं की प्रकृति पर निर्भर करता है। जलीय कॉपर (II) सल्फेट के इलेक्ट्रोलिसिस के लिए (CuSO₄) एक उदाहरण के रूप में, के साथ Cu²⁺(aq) और SO2−4(aq) आयन, कैथोड अभिक्रिया अपचयन है Cu²⁺(aq) + 2 e⁻ → Cu(s) और एनोड प्रतिक्रिया Cu से संबंधित ऑक्सीकरण है Cu²⁺. कैथोड पर, का मार्ग $Q$ कूलॉम बिजली की कमी की ओर जाता है $Q/2F$ के मोल Cu²⁺, कहाँ $F$ फैराडे नियतांक है। के बाद से Cu²⁺ आयन एक अंश ले जाते हैं $t_{+}$ वर्तमान की, की मात्रा Cu²⁺ कैथोड कम्पार्टमेंट में प्रवाहित होता है $t_{+}(Q/2F)$ मोल्स, इसलिए शुद्ध कमी है Cu²⁺ के बराबर कैथोड डिब्बे में $(1-t_{+})(Q/2F)=t_{-}(Q/2F)$.परिवहन संख्या का मूल्यांकन करने के लिए इस कमी को रासायनिक विश्लेषण द्वारा मापा जा सकता है। एनोड कम्पार्टमेंट का विश्लेषण चेक के रूप में मूल्यों की एक दूसरी जोड़ी देता है, जबकि केंद्रीय कम्पार्टमेंट में सांद्रता में कोई परिवर्तन नहीं होना चाहिए जब तक कि विलेय के प्रसार से प्रयोग के समय महत्वपूर्ण मिश्रण न हो और परिणामों को अमान्य कर दिया जाए।

चलती सीमा विधि

इस विधि को 1886 में ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी ओलिवर लॉज और 1893 में विलियम सेसिल डैम्पियर द्वारा विकसित किया गया था।यह एक विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में दो आसन्न इलेक्ट्रोलाइट्स के बीच की सीमा की गति पर निर्भर करता है। यदि एक रंगीन समाधान का उपयोग किया जाता है और इंटरफ़ेस यथोचित रूप से तेज रहता है, तो गतिमान सीमा की गति को मापा जा सकता है और आयन स्थानांतरण संख्या निर्धारित करने के लिए उपयोग किया जाता है।

संकेतक इलेक्ट्रोलाइट का धनायन उस धनायन से अधिक तेजी से नहीं चलना चाहिए जिसकी परिवहन संख्या निर्धारित की जानी है, और इसमें सिद्धांत इलेक्ट्रोलाइट के समान ही आयन होना चाहिए। मुख्य इलेक्ट्रोलाइट के अलावा (जैसे, एचसीएल) को हल्का रखा जाता है ताकि यह संकेतक इलेक्ट्रोलाइट पर तैरता रहे। CdCl₂ सबसे अच्छा काम करता है क्योंकि Cd²⁺ से कम मोबाइल है H⁺ और Cl⁻ दोनों के लिए सामान्य है CdCl₂ और प्रमुख इलेक्ट्रोलाइट एचसीएल।

उदाहरण के लिए, हाइड्रोक्लोरिक एसिड (एचसीएल (एक्यू)) की परिवहन संख्या कैडमियम एनोड और एजी-एजीसीएल कैथोड के बीच इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा निर्धारित की जा सकती है। एनोड प्रतिक्रिया है Cd → Cd²⁺ + 2 e⁻ ताकि एक कैडमियम क्लोराइड (CdCl₂) विलयन एनोड के पास बनता है और प्रयोग के दौरान कैथोड की ओर बढ़ता है। अम्लीय एचसीएल समाधान और निकट-तटस्थ के बीच की सीमा को दृश्यमान बनाने के लिए एक एसिड-बेस संकेतक जैसे ब्रोमोफेनॉल नीला जोड़ा जाता है CdCl₂ समाधान। अग्रणी विलयन HCl में संकेतक विलयन की तुलना में उच्च चालकता होने के कारण सीमा तीक्ष्ण बनी रहती है CdCl₂, और इसलिए समान विद्युत धारा ले जाने के लिए एक निम्न विद्युत क्षेत्र। अगर ज्यादा मोबाइल H⁺ आयन विसरित होता है CdCl₂ समाधान, यह तेजी से उच्च विद्युत क्षेत्र द्वारा सीमा पर वापस आ जाएगा; अगर कम मोबाइल Cd²⁺ आयन HCl विलयन में विसरित होता है तो यह निचले विद्युत क्षेत्र में धीमा हो जाएगा और वापस आ जाएगा CdCl₂ समाधान। इसके अलावा उपकरण कैथोड के नीचे एनोड के साथ बनाया गया है, ताकि सघनता हो CdCl₂ समाधान तल पर बनता है।

प्रमुख समाधान के कटियन परिवहन संख्या की गणना तब की जाती है

$t_{+}={\frac {z_{+}cLAF}{I\Delta t}}$

कहाँ $z_{+}$ कटियन चार्ज है, c एकाग्रचित्त होना, L सीमा द्वारा समय में तय की गई दूरी Δt, A पार के अनुभागीय क्षेत्र, F फैराडे स्थिरांक, और I विद्युत प्रवाह।

एकाग्रता कोशिकाएं

इस मात्रा की गणना फ़ंक्शन के ढलान से की जा सकती है $E_{\mathrm {T} }=f(E)$ बिना या आयनिक परिवहन के साथ दो सांद्रता कोशिकाओं की।

परिवहन सघनता सेल के EMF में धनायन की परिवहन संख्या और इसकी गतिविधि गुणांक दोनों शामिल हैं:

$E_{\mathrm {T} }=-z{\frac {RT}{F}}\int _{I}^{II}t_{+}d\ln a_{+/-}$

कहाँ $a_{2}$ और $a_{1}$ दाएं और बाएं हाथ के इलेक्ट्रोड के एचसीएल समाधान की गतिविधियां क्रमशः हैं, और $t_{M}$ का ट्रांसपोर्ट नंबर है Cl⁻.

इलेक्ट्रोफोरेटिक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग विधि

यह विधि विद्युत प्रवाह के अनुप्रयोग पर विद्युत रासायनिक कोशिकाओं में एनएमआर-सक्रिय नाभिक (आमतौर पर 1H, 19F, 7Li) वाले आयनों के वितरण के चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग पर आधारित है।

यह भी देखें

• गतिविधि गुणांक
• जन्म समीकरण
• डेबी लंबाई
• विद्युत रासायनिक कैनेटीक्स
• आइंस्टीन संबंध (गतिज सिद्धांत)
• आयन चयनात्मक इलेक्ट्रोड
• आईटीईएस
• तरल जंक्शन क्षमता
• तनुकरण का नियम
• सॉल्वेशन शेल
• सॉल्वेटेड इलेक्ट्रॉन
• थर्मोगैल्वेनिक सेल
• वैंट हॉफ फैक्टर

बाहरी संबंध

• Aqueous Symple Electrolytes Solutions, H. L. Friedman, Felix Franks