Transportul sarcinii electrice

Transportul sarcinii electrice într-o celulă galvanică : în interiorul soluției electrolitice și septului poros există mecanismul de migrare (purtătorii de sarcină sunt în acest caz cationii și anionii), în timp ce în circuitul extern care conectează electrozii transportul sarcinii are loc prin conducție (purtătorii de sarcină sunt în acest caz electronii).

În contextul fenomenelor de transport , transportul sarcinii electrice corespunde mișcării speciilor încărcate, care pot fi electroni în cazul conductorilor electronici ( materiale metalice , semiconductori și grafit ) sau ioni în cazul conductorilor ionici ( electroliți ). Poate exista și cazul în care transportul sarcinii electrice este atribuibil atât ionilor, cât și electronilor (de exemplu în solidele ionice ); în acest caz vorbim de „transport mixt”. ^[1]

În funcție de forța de împingere care determină transportul sarcinii electrice, acest lucru se poate întâmpla pentru:

conducere : apare atunci când doi conductori electronici (de exemplu metale) sunt puse în contact; electronii trec de la un material metalic la altul prin interfață ;
convecție : apare în cazul electroliților lichizi (soluții electrolitice sau săruri topite); se atribuie regimului dinamic al fluidului în interiorul lichidului; ionii sunt transportați datorită mișcării lichidului;
migrare : acest transport de sarcină implică mișcarea simultană a două tipuri de purtători de sarcină: anionii (încărcați negativ) către anod și cationii (încărcați pozitiv) spre catod ; în funcție de forța motrice care determină transportul prin migrație, vorbim și despre: ^[2]

conductivitate : dacă migrația ionilor se datorează unei diferențe de potențial electric (care poate fi stabilită de exemplu între doi electrozi cufundați într-un electrolit lichid);
difuzie : dacă migrația ionilor se datorează unei diferențe de potențial chimic (care poate fi stabilită, de exemplu, între două jumătăți de celule în care ionii sunt prezenți în concentrații diferite).

Transportul ionilor prin mișcare vâscoasă și mecanism de salt

Transportul prin migrație al ionilor poate avea loc în funcție de două tipuri diferite de transport, în funcție de modul în care se deplasează în interiorul electrolitului: ^[2]

mecanism de salt : ionii se mișcă trecând prin poziții libere din rețea din apropiere ( locuri libere sau poziții interstițiale ). Acest tip de mecanism apare atunci când ionii au dimensiuni foarte mici în raport cu rețeaua cristalină;
mișcare vâscoasă : ionii se mișcă prin mediul care îi înconjoară, alcătuit din alte particule (ioni, atomi și / sau molecule). Acest tip de mecanism apare atunci când ionii au o dimensiune deloc neglijabilă.

Transportul ionilor în soluții electrolitice prin mișcare vâscoasă

Același subiect în detaliu: Electroforeza .

Reprezentarea unui ion pozitiv într-un electrolit (în absența unui câmp electric extern). Se evidențiază învelișul format din ioni negativi.

Mișcarea unui ion într-o soluție electrolitică, sub influența unui câmp electric extern.

În soluțiile electrolitice transportul sarcinii electrice are loc datorită deplasării ionilor care o compun. Această deplasare poate avea loc prin migrare (asociată cu prezența unui câmp electric ) sau prin convecție (asociată cu prezența unui regim dinamic fluid fluid convectiv ). În general, într-o soluție electrolitică nu există dezvoltarea unor mișcări convective deosebit de relevante, astfel încât migrația este cel mai comun mecanism.

În timpul migrației există mișcarea simultană a ionilor negativi ( anioni ) spre anod și a ionilor pozitivi ( cationi ) către catod .

Când un ion este staționar în interiorul unei soluții electrolitice, o "coajă" formată în jurul său este formată din alți ioni de sarcină opusă, în conformitate cu teoria Debye-Hückel . În timpul mișcării sale în soluția electrolitică, acest ion este încetinit de două fenomene, care sunt: ^[3]

efect de asimetrie : datorită faptului că centrul de greutate al ionului și centrul de greutate al norului de sarcină opus care îl înconjoară nu sunt coincidente;
efect electroforetic : datorită faptului că norul de ioni asociat cu acesta se deplasează împreună cu ionul, deci vâscozitatea aparentă este mai mare.