5. Неравновесные явления в ионной системе
Равновесие в растворах электролитов всегда является динамическим, усредненным по времени, объему. Частицы раствора совершают хаотические движения, которые осуществляются периодическими перескоками с одного места на другое. В среднем эти перемещения частиц скомпенсированы так, что направленного макроскопического перехода ионов и диполей в условиях равновесия не происходит. Вызвать в растворе электролита неравновесные явления можно:
1) изменением активности растворенного вещества в одной части раствора по отношению к другой без изменения химического состава раствора;
2) наложением электрического поля, которое вызовет направленное перемещение заряженных частиц;
3) изменением состава раствора по отношению к равновесной концентрации возможных для данной системы веществ.
В первом способе количество перескоков данной частицы i в направлении уменьшения ее концентрации оказывается больше, чем количество перескоков этой частицы в обратном направлении. В результате этого возникает поток диффузии.
Во втором способе наложение электрического поля изменяет вероятность перескоков заряженных частиц по полю и против поля: у катионов количество перескоков по полю превышает количество перескоков против поля, у анионов – наоборот. Таким образом, в результате наложения электрического поля возникают потоки миграции катионов и анионов. Миграция ионов, составляющая основу электропроводности электролитов, сопровождает работу электрохимических систем.
Общий поток ионов j = j д+ jм, j д– поток диффузии, jм – поток миграции.
Диффузионный потенциал
– разность потенциалов, возникающая на границе двух растворов разных электролитов или двух растворов одного электролита, но разной концентрации.
Диффузия в твердых электролитах характеризуется тем, что с повышением температуры скорость диффузии возрастает.
Диффузия связана с механизмом образования вакансий и дислоцированных атомов. В результате колебаний около положения равновесия атомов, ионов, расположенных в узлах кристаллической решетки, некоторые из них, обладающие в данный момент избыточной энергией, могут покинуть свое положение равновесия и переместиться в соседние междоузлия. Ранее занимаемые ими места в решетке окажутся вакантными, кроме того, образуется соответствующее число дислоцированных атомов, такой процесс по Френкелю следует рассматривать как внутреннее испарение атомов твердого тела. Число вакансий, т. е. пустых мест в решетке, вообще может и не соответствовать числу дислоцированных атомов (атомов, расположенных в междоузлиях), так как вакансии могут образовываться на поверхности твердого тела в результате полного или неполного «испарения» поверхностных атомов. Каждой данной температуре соответствует определенное равновесное число вакансий, тем больше, чем выше температура. Наличие пустых мест в кристаллической решетке реального кристалла обеспечивает возможность процесса диффузии в твердых телах. Зависимость коэффициента диффузии от температуры:
D = D 0(–EaRT ),
где и – энергия активации процесса диффузии.
Диффузия в полупроводниках.
Смотрите также
Нефть - кровь промышленности
...
Зависимость точности визуального тест-определения нитрит-иона на основе пенополиуретана от способа построения цветовой шкалы
Определение
микроколичеств нитрит-ионов в водах, почвах и пищевых продуктах относится к
числу важных задач в связи с широким и зачастую неумеренным применением в
качестве удобрений нитратов ...
Синтез и анализ ХТС в производстве ацетона
Задание
Какое количество гидроперекиси
изопропилбензола необходимо, если известно, что в процессе разложения
получается 6 т. толуола, степень разложения 80 %
...