bai giang dien hoa

ĐiỆN HÓA HỌC
(1 tiết chỉ)


Nội dung chi tiết học phần
Chương 1 Dung dịch điện ly
Chương 2 Lớp điện kép
Chương 3 Nhiệt động học điện hóa


Chương 1
DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY


Chương 1

1.1. Khái niệm
- Đối với dung dịch lý tưởng hay dung dịch loãng thì
tuân theo định luật Raoult, độ tăng nhiệt độ sôi và độ
hạ nhiệt độ đông đặc …
- Các dung dịch muối, axit, baz, … thì không tuân theo
các định luật trên vì những dung dịch này có tính chất
đặc biệt mà đặc trưng nhất là độ dẫn điện tương đối
cao.


Chương 1

1.2. CÁC THUYẾT VỀ DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY
Chất điện li là những hợp chất hóa học có khả năng
phân li trong dung dịch thành những hạt mang điện trái dấu

gọi là ion.


Chương 1

1.2.1. Thuyết điện ly Arrhenius
a. Các luận điểm
.Chất điện ly có khả năng tự phân chia thành những ion
mang điện tích trái dấu khi hoà tan vào các dung môi thích
hợp. Hiện tượng các chất điện ly phân chia thành các ion
được gọi là hiện tượng phân ly. Dung dịch hình thành
được gọi là dung dịch phân ly.
.Chất điện ly khi hoà tan có thể không phân ly hoàn toàn.
Tỷ số giữa số phân tử đã phân ly và số phân tử lúc ban
đầu được gọi là độ phân ly. Độ phân ly thường được ký
hiệu là α.


Chương 1
1.2.1. Thuyết điện ly Arrhenius
a. Các luận điểm

.Sự phân ly tuân theo định luật tác dụng khối lượng cũng như
các phản ứng hoá học khác. Đại lượng đặc trưng quan trọng cho
chất điện ly là hằng số phân ly.
.Lực tương tác giữa các ion không tồn tại và vì thế dung dịch
chất điện ly có thể như hệ khí lý tưởng.
b. Ưu điểm
.Giải thích một số tính chất của dung dịch điện ly
.Giải thích cân bằng axit, baz và sự điện ly nước

Chương 1

1.2.1. Thuyết điện ly Arrhenius

c. Nhược điểm
 Độ phân ly α chỉ phụ thuộc vào nồng độ, nhiệt độ
và áp suất không phụ thuộc vào phương pháp đo.


Chương 1

1.2.1. Thuyết điện ly Arrhenius

c. Nhược điểm
 Hằng số phân ly (K) là đại lượng đặc trưng cho quá trình
phân ly của từng chất điện ly. Nó phải là hằng số ở những
điều kiện nhiệt độ và áp suất không đổi và không phụ
thuộc vào nồng độ.


Chương 1

1.2.1. Thuyết điện ly Arrhenius

d. Nguyên nhân
 Arrhenius đã cho rằng ion nằm trong trạng thái chuyển
động hỗn loạn giống như các phân tử ở trạng thái khí. Vì
vậy ông đã áp dụng các định luật về trạng thái khí cho

dung dịch chất điện ly.
 Arrhenius không tính đến tương tác giữa chất tan và dung
môi. Thực tế, tương tác giữa chất tan và dung môi đóng
vai trò quan trọng, đó chính là nguyên nhân dẫn đến sự
phân ly.


Chương 1

1.2.2. Thuyết tương tác tĩnh điện Debye - Huckel
a. Các luận điểm:
Sự phân bố ion trong dung dịch tương tự như trong tinh thể và
sự phân ly của chất điện ly hoàn toàn
Do chuyển động nhiệt các ion không giữ được vị trí cố định của
mình như trong tinh thể mà phân bố xung quanh ion trung tâm
đã chọn dưới dạng hình cầu và được gọi là khí quyển ion.
 Vì trong dung dịch chuyển động chủ yếu là tịnh tiến (chứ không
phải là dao động như trong tinh thể) nên các ion luôn luôn đổi
chỗ cho nhau. Hệ ion mang tính chất thống kê.
 Tất cả các ion trong dung dịch đều như nhau. Mỗi ion là một
trung tâm đồng thời lại là thành phần của một khí quyển ion bao
quanh ion trung tâm trái dấu khác.
 Năng lượng tương tác g* trong dung dịch thực phải tương ứng
với tổng lực tương tác của khí quyển ion lên ion trung tâm.


Mô hình khí quyển ion


Chương 1

b.Ưu điểm của thuyết Debye - Huckel
 Tính được hệ số hoạt độ trùng với các phương trình
tìm thấy bằng thực nghiệm

lg f ± = − h I

 Đối với chất điện ly bậc 2 phân ly thành 2 ion
với điện tích Z+ và Z- phương trình có dạng:

lg f ± = −1,823.10 ( DT )
6

−3/2

(Z

+

Z

−

)

I

Chất điện ly 1 – 1 sẽ tuân theo phương trình với dung
môi nước D = 78,3

lg f ± = −0,51 C


Chương 1

c. Hạn chế
Bảng 1.4. Hệ số hoạt độ của dung dịch NaCl và ZnSO4 trong dung dịch
nước theo thuyết Debye – Huckel và thực nghiệm
C (mol/l)

NaCl
f±(thực nghiệm)

0,0003
0,0005
0,001
0,002
0,001

0,975
0,965
0,952
0,906

ZnSO4
f±(lý thuyết)

0,971
0,954
0,946

0,840

f±(thực nghiệm)

0,783
0,700
0,608
0,387

f±(lý thuyết)

0,863
0,812
0,754
0,547


Chương 1

d. Nguyên nhân
 Số ion trong dung dịch được tính từ nồng độ xác định
nhờ phân tích, nghĩa là Debye cho rằng chất điện ly phân
ly hoàn toàn (α = 1).
 Sự phân bố ion quanh ion trung tâm tuân theo định luật
phân bố Maxwell- Boltzmann (thống kê cổ điển). Hơn nữa
khi giải phương trình Debye – Huckel một số yếu tố đã
được đơn giản hoá nên chỉ phù hợp với dung dịch ở nồng
độ rất nhỏ và nhiệt độ cao.
 Bán kính của chính ion coi như rất nhỏ so với khoảng
cách giữa chúng, nghĩa là ion được coi như điện tích

điểm. Điều này cũng chỉ đúng cho dung dịch loãng.


Chương 1

d. Nguyên nhân
 Tương tác ion – ion mang tính tĩnh điện. Do lực tĩnh điện này và
chuyển động nhiệt mà các ion phân bố quanh ion trung tâm dưới
dạng cầu. Khi nồng độ tăng khoảng cách giữa các ion ngắn dần
lại sẽ xuất hiện những lực có bản chất khác lực đầu tiên là lực
Van der Waals. Những lực này cũng cần tính đến khi xác định
năng lượng tự do của dung dịch.
 Hằng số điện môi được xem là không đổi và bằng hằng số điện
môi của dung môi. Thực tế hằng số điện môi dung dịch khác
hằng số điện môi dung môi và phụ thuộc vào nồng độ chất tan.
 Không lưu ý tới khả năng hình thành các tổ hợp ion trong dung
dịch.
 Tương tác ion – ion mang tính tĩnh điện.


Thuyết điện ly hiện đại

Sự điện ly là do
tác dụng tương
hỗ giữa chất điện
ly và các phân tử
dung môi để tạo
thành các ion bị
solvat hóa

Chương 1

1.3. ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DịCH CHẤT ĐIỆN LY
Vận
chuyển
điện tích


Chương 1

Dựa vào bản chất điện, Faraday chia thành 2 loại:

Khả năng dẫn điện của dung dịch điện ly được đặc
trưng bằng độ dẫn điện


Chương 1

1.3.1. Độ dẫn điện riêng
a.ĐN: độ dẫn điện riêng là độ dẫn điện của 1 cm3 dung
dịch được đặt giữa hai điện cực song song, có diện tích
như nhau (1cm2) đặt cách nhau 1 cm.

Thứ nguyên: Ω-1.cm-1

Mà

Ω-1 = Sm

Nên thứ nguyên có thể dùng là Sm.cm-1


Chương 1

1.3.1. Độ dẫn điện riêng
Một số công thức liên hệ:


Chương 1

1.3.1. Độ dẫn điện riêng

Ảnh hưởng của nồng độ đến độ dẫn điện riêng
của dung dịch điện ly


Chương 1

1.3.1. Độ dẫn điện riêng
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ dẫn điện riêng của dung
dịch điện ly
Phương trình kinh nghiệm

χ t = χ 25 1 − α (t − 25) + β (t − 25) 2 

Với β = 0,0163(α - 0,0174), χ25 là độ dẫn điện riêng ở 250C,
αvà β là hệ số nhiệt độ của độ dẫn điện, chúng phụ thuộc vào
αbản chất của chất điện ly. Axit mạnh có α = 0,0164, bazơ mạnh
α có α = 0,0190, muối có α = 0,022.

Chương 1

1.3.2. Độ dẫn điện đương lượng λ
a.ĐN:Độ dẫn điện đương lượng là độ dẫn điện của
khối dung dịch (tính theo cm3) chứa đúng một
đương lượng chất điện ly nằm giữa hai điện cực
đặt song song và cách nhau 1 cm.
Công thức:

Thứ nguyên:


Chương 1

1.3.2. Độ dẫn điện đương lượng λ
Ảnh hưởng của nồng độ đến độ dẫn điện đương lượng