Væskekrysspotensial

Væskekrysspotensialet oppstår når to løsninger av elektrolytter med forskjellige konsentrasjoner er i kontakt med hverandre. Den mer konsentrerte løsningen vil ha en tendens til å diffundere til den relativt mindre konsentrerte løsningen. Diffusjonshastigheten til hvert ion vil være omtrent proporsjonal med hastigheten i et elektrisk felt, eller deres ionemobilitet. Hvis anionene diffunderer raskere enn kationene, vil de diffundere fremover i den fortynnede løsningen, slik at sistnevnte blir negativt ladet og den konsentrerte løsningen positivt ladet. Dette vil resultere i et elektrisk dobbeltlag med positive og negative ladninger ved krysset mellom de to løsningene. Dermed på krysspunktet vil en potensiell forskjell utvikle seg på grunn av den ioniske overføringen. Dette potensialet kalles væskekrysspotensial eller diffusjonspotensial som ikke er likevektspotensial. Potensialets størrelse avhenger av de relative hastighetene til "ione"-bevegelsen.

Væskebindingspotensial ved grensesnittet mellom to løsninger med forskjellig konsentrasjon: Kloridanioner (Cl^-) beveger seg raskere enn natriumkationer (Na⁺). Dermed, når det diffunderer gjennom en membran, vises et elektrisk dobbeltlag med en potensiell forskjell.

Beregninger

Væskekrysspotensialet kan ikke måles direkte, men beregnes. Den elektromotoriske kraften (EMF) til en konsentrasjonscelle med overføring inkluderer væskekrysspotensialet.

EMF til en konsentrasjonscelle uten transport er:

$E_{\mathrm {nt} }={\frac {RT}{F}}\ln {\frac {a_{2}}{a_{1}}}$

hvor $a_{1}$ og $a_{2}$ er HCl-aktiviteter i de to løsningene, $R$ er den universelle gasskonstanten, $T$ er temperaturen og $F$ er Faradays konstant.

EMF til en konsentrasjonscelle med transport (inkludert ionetransportnummer) er:

$E_{\mathrm {wt} }=t_{M}{\frac {RT}{F}}\ln {\frac {a_{2}}{a_{1}}}$

hvor $a_{2}$ og $a_{1}$er aktiviteter av HCl-løsninger av henholdsvis høyre og venstre elektroder, og $t_{M}$ er transportnummeret til Cl⁻.

Væskekrysspotensial er forskjellen mellom de to EMFene til de to konsentrasjonscellene, med og uten ionetransport:

$E_{\mathrm {lj} }=E_{\mathrm {wt} }-E_{\mathrm {nt} }=(t_{M}-1){\frac {RT}{F}}\ln {\frac {a_{2}}{a_{1}}}$

Eliminering

Væskekrysspotensialet forstyrrer den nøyaktige målingen av den elektromotoriske kraften til en kjemisk celle, så effekten bør minimeres så mye som mulig for nøyaktig måling. Den vanligste metoden for å eliminere væskekrysspotensialet er å plassere en saltbro bestående av en mettet løsning av kaliumklorid (KCl) og ammoniumnitrat (NH₄NO₃) med litiumacetat (CH₃COOLi) mellom de to løsningene som utgjør krysset. Når en slik bro brukes, er ionene i broen til stede i stort overskudd i krysset, og de bærer nesten hele strømmen over grensen. Effektiviteten til KCl/NH₄NO₃ henger sammen med at i disse saltene, transportnumrene av anioner og kationer er de samme.

Litteratur

• Advanced Physical Chemistry av Gurtu & Snehi
• Principles of Physical Chemistry av Puri, Sharma, Pathania