지식나눔

전기전도도와 이온농도와의 관계

어떤 금속이 이온화 됨에 따라 전기전도도가 어떻게 변하는지 알고 싶습니다. 실험에 앞서 어떤 금속이 이온화 됨에 따라 전기전도도의 변화에 대한 수식이 있는지 궁금합니다.
  • electrical conductivity
  • ion concentration
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답변 2
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    안길홍님의 답변

    어떤 용액에서 전기가 통하는 요소는 이온의 이동에 의합니다. 그리고 전가가 흐르는 방향은 (+)에서 (-)로 흐른다고 정하고 있습니다. 따라서 흐르는 전체전류는 I=I(+) + I(-)로 정의 됩니다. 예를 들어 물에 소금을 완전 해리되도록 녹여 전류를 흐르게 했을 때, 물은 H와 OH로 해리되며, 소금은 Na와 Cl로 되겠습니다. H와 Na는 (-)극으로 이동하며,OH와 Cl은 (+)극으로 이동하겠습니다. 그리고 이동도가 높은 H와 OH가 먼저 이동하고, 다음으로 Na와 Cl의 이동이 있겠습니다. 여기에서 이온이 서로 반대 방향으로 이동할 때 서로 충돌현상이 일어납니다. 이러한 이동간의 충돌에 의하여 이동속도가 늦어 지겠습니다.이러한 충돌 빈도는 이온의 양이 많을 경우 더 심하겠습니다. 위의 전류에 의하여 (+)극으로 이동하는 속도에서 (-)극으로 이동하는 속도가 minus됩니다. 위에서 본바와 같이 물이라는 전해질,즉 전해질의 종류가 변수가 되며, 또한 강전해질인가? 약전해질인가?하는 것이 변수가 되며, 소금 과 같은 용질의 종류 및 농도가 변수가 되며,즉, 이온의 이동도. 전기의 세기가 변수가 되며,온도등이 변수가 되겠습니다. 이상과 같은 내용은 전기화학책에 잘 나와있습니다. 예제를 들어보겠습니다. 용기상수가 1.62cm^-1인 용기에 0.5mol*dm^-3의 NH4Cl수용액을 넣었더니 저항이 28.17ohm이다(25C).이 NH4Cl수용액의 전해질의 비전도도와 당량전기전도도를 구하면, 1.62=28.17x비전도도, 비전도도=0.0575ohm^-1*cm^-1 당량전기전도도=1000x0.0575/0.5=115ohm^-1*cm^2*eq^-1 과 같이 되겠습니다. 질문에 좀더 어떠한 금속인지, 어떤 용액에 희석되어 있는지를 알아야 만이 어느정도 합당한 답변이 가능하겠습니다. 어느정도의 이온의 농도 까지는 전기전도도가 좋아지다가, 한계 이상으로 되면 이온의 충돌에 의하여 전기전도도가 통상 떨어지는 현상이 나타납니다. 기본식 한가지를 들어보면Λ =(1000*κ)/c =κ/c* 여기에서 Λ는 당량전기전도도(equivalent conductance),κ는 전해질의 비전도도, c는 [eq*dm^-3], c*는[eq*cm^-3] 인 농도를 말합니다.
    어떤 용액에서 전기가 통하는 요소는 이온의 이동에 의합니다. 그리고 전가가 흐르는 방향은 (+)에서 (-)로 흐른다고 정하고 있습니다. 따라서 흐르는 전체전류는 I=I(+) + I(-)로 정의 됩니다. 예를 들어 물에 소금을 완전 해리되도록 녹여 전류를 흐르게 했을 때, 물은 H와 OH로 해리되며, 소금은 Na와 Cl로 되겠습니다. H와 Na는 (-)극으로 이동하며,OH와 Cl은 (+)극으로 이동하겠습니다. 그리고 이동도가 높은 H와 OH가 먼저 이동하고, 다음으로 Na와 Cl의 이동이 있겠습니다. 여기에서 이온이 서로 반대 방향으로 이동할 때 서로 충돌현상이 일어납니다. 이러한 이동간의 충돌에 의하여 이동속도가 늦어 지겠습니다.이러한 충돌 빈도는 이온의 양이 많을 경우 더 심하겠습니다. 위의 전류에 의하여 (+)극으로 이동하는 속도에서 (-)극으로 이동하는 속도가 minus됩니다. 위에서 본바와 같이 물이라는 전해질,즉 전해질의 종류가 변수가 되며, 또한 강전해질인가? 약전해질인가?하는 것이 변수가 되며, 소금 과 같은 용질의 종류 및 농도가 변수가 되며,즉, 이온의 이동도. 전기의 세기가 변수가 되며,온도등이 변수가 되겠습니다. 이상과 같은 내용은 전기화학책에 잘 나와있습니다. 예제를 들어보겠습니다. 용기상수가 1.62cm^-1인 용기에 0.5mol*dm^-3의 NH4Cl수용액을 넣었더니 저항이 28.17ohm이다(25C).이 NH4Cl수용액의 전해질의 비전도도와 당량전기전도도를 구하면, 1.62=28.17x비전도도, 비전도도=0.0575ohm^-1*cm^-1 당량전기전도도=1000x0.0575/0.5=115ohm^-1*cm^2*eq^-1 과 같이 되겠습니다. 질문에 좀더 어떠한 금속인지, 어떤 용액에 희석되어 있는지를 알아야 만이 어느정도 합당한 답변이 가능하겠습니다. 어느정도의 이온의 농도 까지는 전기전도도가 좋아지다가, 한계 이상으로 되면 이온의 충돌에 의하여 전기전도도가 통상 떨어지는 현상이 나타납니다. 기본식 한가지를 들어보면Λ =(1000*κ)/c =κ/c* 여기에서 Λ는 당량전기전도도(equivalent conductance),κ는 전해질의 비전도도, c는 [eq*dm^-3], c*는[eq*cm^-3] 인 농도를 말합니다.
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    이상후님의 답변

    >어떤 금속이 이온화 됨에 따라 전기전도도가 어떻게 변하는지>알고 싶습니다.>>실험에 앞서 어떤 금속이 이온화 됨에 따라 전기전도도의 변화에>대한 수식이 있는지 궁금합니다. 전기전도도는 물질 내에서 전류가 잘 흐르는 정도를 나타내는 양입니다. 고유전기저항의 역수로서, 도전율이라고도 합니다. 단위는 /m(모매미터) 또는 /cm(모매센티미터) 또는 S/m(지멘스매미터)입니다. 단, 전선 등 도선의 전기전도율은 보통 국제적으로 정해진 표준연동의 전기전도율과의 비를 백분율로 나타내므로 퍼센트전기전도율이라고 합니다. 일반적으로 전기전도율은 전하를 운반하는 입자의 수, 그 하전량과 이동도의 곱에 비례한다. 이것들의 양은 전기적 조건·온도·압력·빛 등의 외적 조건에 의해서 변하고, 물질의 구조에 크게 좌우된다. 금속 등에서는 크고 절연체에서는 작으며, 반도체에서는 그 중간값을 취한다. 또한 전기전도율을 전기전도도라고도 하는데, 전기전도도는 전기저항의 역수, 즉 콘덕턴스를 뜻하는 경우도 있습니다. 전기전도도는 이온의 갯수와 비례하는 게 아니라 이온의 '농도'와 비례합니다. 계속 용액(그중 대부분은 사실 H2O로 되어있죠)을 붓고 있는 상황임을 고려하면서 간단한 모델을 만들어 농도를 고려해보면 낮아지다가 중화점 지나면 다시 올라가게 됨을 알수있습니다. 물리학에서 말하는 전도도는, 전도도(L, Conductance) = 1/저항(R,Resistance) =(도체 단면적,A)/(도체 거리,d)*도체의 비전도도(k, Specific Conductance) 저항(Resistance, 단위:Ω), R = ρ*(A/d)...............(1) 전도도(Conductance, 단위:1/Ω), K =1/R ..............(1a) ρ = 비저항(Specific Resistance,단위:Ω-cm)=R/(A/)...(1b) k = 비전도도(Specific Conductance,단위:1/Ω-cm= S/cm)..(1c) A = 전극의 단면적, cm^2 d = 전극간 간격, cm 그런데..화학에서 말하는 전기전도도(Conductivity)는 위의 K가 아니고 k에 해당하는 비전도도를 의미합니다. 즉 용액에 음, 양의 이온성분들이 혼합되어 섞여있는 경우의 (혼합물질의 비전도도)=(각 이온성분의 몰당 당량수)*(각 이온성분의 당량농도)*(각 이온성분의 당량전도도)의 전체합계 혼합물의 전도도, K K = (A/d)*(1/1000)*∑(zi*Ci*Λi)..............(2) 혼합물의 비전도도, k k (=K/(A/d)) = (1/1000)*∑(zi*Ci*Λi) .......(2a) K = 전도도(Conductance),Ω^-1 = S =siemens k = 비전도도(Conductivity, Specific Conductance), Ω^-1/cm=S/cm(=siemens/cm) zi= i이온성분의 몰당 전하 당량수,원자가,g-equiv./g-mole Ci= i이온성분의 농도, M, g-mole/L Λi= i이온의 당량전도도, S-cm^2/g-equiv. 1/1000 = 단위환산계수, 1L/1000 cm^3
    >어떤 금속이 이온화 됨에 따라 전기전도도가 어떻게 변하는지>알고 싶습니다.>>실험에 앞서 어떤 금속이 이온화 됨에 따라 전기전도도의 변화에>대한 수식이 있는지 궁금합니다. 전기전도도는 물질 내에서 전류가 잘 흐르는 정도를 나타내는 양입니다. 고유전기저항의 역수로서, 도전율이라고도 합니다. 단위는 /m(모매미터) 또는 /cm(모매센티미터) 또는 S/m(지멘스매미터)입니다. 단, 전선 등 도선의 전기전도율은 보통 국제적으로 정해진 표준연동의 전기전도율과의 비를 백분율로 나타내므로 퍼센트전기전도율이라고 합니다. 일반적으로 전기전도율은 전하를 운반하는 입자의 수, 그 하전량과 이동도의 곱에 비례한다. 이것들의 양은 전기적 조건·온도·압력·빛 등의 외적 조건에 의해서 변하고, 물질의 구조에 크게 좌우된다. 금속 등에서는 크고 절연체에서는 작으며, 반도체에서는 그 중간값을 취한다. 또한 전기전도율을 전기전도도라고도 하는데, 전기전도도는 전기저항의 역수, 즉 콘덕턴스를 뜻하는 경우도 있습니다. 전기전도도는 이온의 갯수와 비례하는 게 아니라 이온의 '농도'와 비례합니다. 계속 용액(그중 대부분은 사실 H2O로 되어있죠)을 붓고 있는 상황임을 고려하면서 간단한 모델을 만들어 농도를 고려해보면 낮아지다가 중화점 지나면 다시 올라가게 됨을 알수있습니다. 물리학에서 말하는 전도도는, 전도도(L, Conductance) = 1/저항(R,Resistance) =(도체 단면적,A)/(도체 거리,d)*도체의 비전도도(k, Specific Conductance) 저항(Resistance, 단위:Ω), R = ρ*(A/d)...............(1) 전도도(Conductance, 단위:1/Ω), K =1/R ..............(1a) ρ = 비저항(Specific Resistance,단위:Ω-cm)=R/(A/)...(1b) k = 비전도도(Specific Conductance,단위:1/Ω-cm= S/cm)..(1c) A = 전극의 단면적, cm^2 d = 전극간 간격, cm 그런데..화학에서 말하는 전기전도도(Conductivity)는 위의 K가 아니고 k에 해당하는 비전도도를 의미합니다. 즉 용액에 음, 양의 이온성분들이 혼합되어 섞여있는 경우의 (혼합물질의 비전도도)=(각 이온성분의 몰당 당량수)*(각 이온성분의 당량농도)*(각 이온성분의 당량전도도)의 전체합계 혼합물의 전도도, K K = (A/d)*(1/1000)*∑(zi*Ci*Λi)..............(2) 혼합물의 비전도도, k k (=K/(A/d)) = (1/1000)*∑(zi*Ci*Λi) .......(2a) K = 전도도(Conductance),Ω^-1 = S =siemens k = 비전도도(Conductivity, Specific Conductance), Ω^-1/cm=S/cm(=siemens/cm) zi= i이온성분의 몰당 전하 당량수,원자가,g-equiv./g-mole Ci= i이온성분의 농도, M, g-mole/L Λi= i이온의 당량전도도, S-cm^2/g-equiv. 1/1000 = 단위환산계수, 1L/1000 cm^3
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