Bài giảng điện hóa

ĐIỆN HÓA HỌC

TS. Trần Phi Hoàng Yến

1


Thế kỷ XX Nhiệt động học tập trung nghiên cứu
về pứ hóa học
- Nerst (1901-1911): nguyên lý 3 nhiệt động học
- Lý thuyết dung dịch (XIX): hiện tượng thẩm
thấu (Nolte; Traube; Van’t Hoff); áp suất hơi trên
dung dịch (Raoult)
- Thuyết điện ly (Arrhenius- 1889): lý thuyết về
thế điện cực (Nerst): khái niệm về hoạt độ
(Gibbs).
Phát triển: lý thuyết về độ hoạt động của chất
điện ly mạnh; lớp điện kép, động học các quá
trình điện cực.


ĐIỆN HÓA HỌC
Bài 1. Độ dẫn điện của dung dịch chất
điện ly
Bài 2. Sức điện động của pin và các quá
trình điện cực


Bài 1. ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA
DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY

4


KHÁI NiỆM VỀ VẬT DẪN ĐIỆN
Là vật chất mà ở trạng thái bình thường có các điện tích tự
do. Nếu đặt các vật liệu này vào trong một điện trường, các
điện tích sẽ chuyển dịch theo một hướng nhất định của
trường và tạo thành dòng điện, gọi là vật dẫn điện

PHÂN LOẠI VẬT DẪN ĐIỆN
- Vật dẫn loại 1
- Vật dẫn loại 2
- Vật bán dẫn


Các loại vật liệu dẫn điện

Vật dẫn loại 1 ((Vật
Vật dẫn electron): kim loại,
loại,
hợp chất kim loại
- Dẫn điện do electron dịch chuyển có hướng trong
điện trường
- Đây là nhóm các vật liệu có khả năng dẫn điện và có
bản chất là kim loại hoặc là các hợp chất của kim loại:
Kim loại (Cu, Ag, Al…), hợp chất carbua (than) kim loại
(carbua natri, canxi) và sulfur kim loại, graphit (than
chì), oxyd…..
- Khi ngắt mạch điện, không còn dòng điện trong dây,
các nguyên tử kim loại giữ nguyên tính chất ban đầu

không bị biến đổi bản chất hóa học.


Các loại vật liệu dẫn điện

Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng
của các electron tự do ngược chiều điện trường.
Không có điện trường

Có điện trường

E

- - -

-

-

-

Có dòng điện

Không có dòng điện
7


ĐIỆN HÓA HỌC
Bài 1. Độ dẫn điện của dung dịch chất
điện ly

Bài 2. Sức điện động của pin và các quá
trình điện cực


ĐIỆN HÓA HỌC
Bài 1. Độ dẫn điện của dung dịch chất
điện ly
Bài 2. Sức điện động của pin và các quá
trình điện cực


VẬT DẪN LOẠI 3: Vật dẫn điện loại bán dẫn là vật
liệu có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa CHẤT DẪN
ĐiỆN và CHẤT CÁCH ĐiỆN
Là những vật rắn có chứa các nút mang điện tích dương
(ion dương) và những lỗ trống (khuyết ion). Dẫn điện do
có sự dịch chuyển của các điện tử và các lỗ trống.
Tinh thể bán dẫn ở ĐK nhiệt
độ thấp (Chất cách điện)

Vật bán dẫn thuần
(Nguyên tính)

Vật bán dẫn tạp


ĐIỆN TRỞ (Ký hiệu R)
Là đại lượng đặc trưng cho mức độ cản trở dòng
điện của vật liệu dẫn điện.
ĐIỆN TRỞ SUẤT (Ký hiệu ρ)

Là giá trị đặc biệt của điện trở, là đại lượng đặc trưng
cho mức độ cản trở dòng điện của một dây dẫn dài 1
mét, và có tiết diện là 1 m2


ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY
KHÁI NIỆM VỀ ĐỘ DẪN ĐiỆN
Độ dẫn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng
vận chuyển hạt mang điện dưới tác dụng của điện
trường ngoài.
Độ dẫn điện: là nghịch đảo của điện trở
K =1/R ( R là điện trở riêng = ρ.l/S ); ( với ρ là điện
trở suất ); l: chiều dài dây dẫn; S: diện tích bề mặt
dây dẫn.
Đơn vị đo độ dẫn điện: ohm-1 (Ω-1 ) ; Siemen (S)

1
S=
= Ω −1
Ohm(Ω)

12


ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY

CÁC YẾU ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ DẪN ĐIỆN
CỦA DD CHẤT ĐIỆN LY
1.
2.

3.
4.
5.

Bản chất chất điện ly
Dung môi hòa tan
Nhiệt độ môi trường
Điện tích và bán kính ion
Nồng độ chất điện ly

13


YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA
DUNG DỊCH ĐIỆN LY

1 Bản chất chất
điện ly: chất
điện ly mạnh
dẫn điện tốt hơn
chất điện ly yếu.
Ví dụ chất điện ly mạnh:

DD NaCl

Ví dụ chất điện ly yếu:
Ví dụ chất điện ly rất yếu
(không điện ly), không có
khả năng dẫn điện:

14


YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA
DUNG DỊCH ĐIỆN LY

2

Dung môi hòa tan: dm phân cực dẫn điện
tốt hơn dung môi kém phân cực
Dm phân cực dẫn điện tốt hơn dm kém phân cực
và không phân cực
Trong DMHC hầu hết chất điện ly ít hòa tan và
phân ly yếu hơn trong nước

15


Bài 1. ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA
DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY

4


YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA
DUNG DỊCH ĐIỆN LY

Độ nhớt
ớ tăng
ăng dầ

dần

3 Nhiệt độ môi trường
Dạng Chất

% Gia tăng độ dẫn/°C

Acid

1,0 đến 1,6

Base

1,8 đến 2,2

Nước trung tính

2,0

Muối

2,2 đến 3,0

Mức độ tăng độ dẫn điện của các dung dịch có độ nhớt cao > dd có độ nhớt thấp
17


YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA
DUNG DỊCH ĐIỆN LY

4 Điện tích và bán kính ion:
Ở trạng thái nóng chảy những ion có cùng
điện tích, ion nào có bán kính nhỏ có độ dẫn
lớn.
Ở trạng thái dung dịch, ion có bán kính lớn sẽ
có lớp solvat nhỏ nên dẫn điện lớn

18


YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA
DUNG DỊCH ĐIỆN LY

5 Ảnh hưởng của nồng độ chất điện ly:
Độ dẫn điện của dung dịch chất điện ly phụ thuộc vào
toàn bộ ion có mặt trong dung dịch, nghĩa là độ dẫn
điện phụ thuộc vào nồng độ dung dịch và độ điện ly
α.
Quy luật này diễn ra phức tạp và không giống nhau ở
các chất điện ly khác nhau.
Mối liên quan định lượng này là cơ sở của pp phân
tích hóa học.
19


ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY

CÁC CÁCH BIỂU THỊ ĐỘ DẪN ĐIỆN
Có 3 đại lượng biểu thị độ dẫn điện
Độ dẫn điện riêng

Độ dẫn điện đương lượng
Độ dẫn điện độc lập ion

20


KHÁI NiỆM VỀ VẬT DẪN ĐIỆN
Là vật chất mà ở trạng thái bình thường có các điện tích tự
do. Nếu đặt các vật liệu này vào trong một điện trường, các
điện tích sẽ chuyển dịch theo một hướng nhất định của
trường và tạo thành dòng điện, gọi là vật dẫn điện

PHÂN LOẠI VẬT DẪN ĐIỆN
- Vật dẫn loại 1
- Vật dẫn loại 2
- Vật bán dẫn


ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY

Cách đo: dùng cầu Wheastone với dòng điện xoay chiều,
điện cực platin đen và dd chất điện ly chuẩn đã biết K ( để
xác định l/S )
R1
R2

=

R3

Rx

Rx

Các yếu tố ảnh hưởng:
Bản chất chất tan, dung môi, K giảm theo chiều:
acid mạnh > kiềm mạnh > muối > chất điện ly yếu
Nồng độ tăng : K tăng sau đó giảm
Nhiệt độ tăng K tăng do nhiệt tăng, η giảm, mức độ
hydrat hóa giảm (ngược lại với vật dẫn loại 1 )
22


ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY

Độ dẫn điện đương lượng
lượng::
Độ dẫn điện đương lượng là độ dẫn gây ra bởi tất cả các
ion có trong một thể tích dung dịch chứa đúng một đương
lượng chất điện ly hòa tan.
Là độ dẫn điện của một khối dd chứa 1 đương lượng gam
chất nằm giữa 2 điện cực song song cách nhau 1 cm.
Nếu dd chất điện ly có nồng độ đương lượng C (đlg/L) suy
ra thể tích chứa một đương lượng chất điện ly là v = 1/C
(lít).
23


ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY

Độ dẫn điện đương lượng
Nếu 1 cm3 dd có độ dẫn điện riêng là K (S.cm-1).
V= 1/C (lít) = 1000/C (cm3) có độ dẫn điện là λ
Suy ra

1000
λ = k.
= k .v( S .cm −1.cm3 )
C

Từ công thức trên ta thấy, khi C→ 0 thì λ tiến tới một giá
trị giới hạn, gọi là độ dẫn điện đương lượng giới hạn: λ∞
(Còn gọi là độ dẫn điện đương lượng ở độ pha loãng vô
cùng – Gọi là độ dẫn điện độc lập của ion dung dịch chất
điện ly; Độ dẫn điện độc lập do số lượng ion và vận tốc
chuyển dịch ion quyết định
24


ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY

Độ dẫn điện đương lượng
Ký hiệu của độ dẫn điện đương lượng là: λ (lamđa)
có thứ nguyên S.cm2
Cách đo : nguyên tắc đo K, biết C tính λ

Các yếu tố ảnh hưởng:
Bản chất chất tan, dung môi: λ giảm theo chiều :
Acid mạnh > kiềm mạnh > muối > chất điện ly yếu

Nồng độ tăng λ giảm, ở độ pha loãng ∞ ( c → 0)
λ∞ = max

25