電気移動度は化学において重要な概念であり、電池の発見に重要な役割を果たしてきました。電子移動の概念が発見されていなければ、携帯用の電気エネルギー貯蔵装置は存在しなかったでしょう。電気化学は、化学反応によって放出されたエネルギーからの発電と、これらの反応によって生成された電気エネルギーをさまざまな化学変換で利用することを扱う科目です。
この記事では、最初に 化学におけるモビリティ の意味について説明します。次に、化学反応における電子可動性の最も重要なアプリケーションについて説明します。さらに、ロバート・ミリカンが定義した電気移動度の理論についても簡単に説明します。
エレクトリカル モビリティの定義
電界印加に応答して媒体を介して移動する荷電粒子、つまり電子と陽子の能力は、電気移動度と呼ばれます。電場が荷電粒子を引き寄せると、その経路で原子と衝突します。電場方向の引力による途中での原子との衝突は、ドリフト速度の生成につながります。電気は電子の流れであることを忘れないでください。したがって、それらはすべての金属の電荷の担い手です.
モビリティの意味は、電場の単位強度あたりに作用するドリフト速度として表されます。したがって、電子は電界内をより速く移動します。高いほど、彼らの機動性は高くなります。
電気移動の理論
ロバート ミリカンは、電荷が個別の単位で存在することを実証したため、電気移動度は粒子の平均電荷によって直接変化すると述べました。粒子は、ドリフト速度と呼ばれる平均速度に達するまで電界内で加速されます。電場内の粒子は、以下の式に従って加速されます。
Vd=μE
ここで、
Vd =m/s で測定されたドリフト速度
E=電界の大きさ (V/m)
=モビリティ (m2V.S)
摂氏 25 度で水と反応したときのナトリウムの移動度は 5.19 x 10-8 です。したがって、ナトリウム イオンは、1 V/m の電場の適用下で、5.19 x 10-8 m/s の平均速度を持ちます。
電気的可動性は、イオンのストークス半径に反比例します。ストークス半径は、一緒に移動する他の溶媒の分子を含むイオンの半径です。周期表では、電気移動度は Li+ から Cs+ に増加します。したがって、ストークス半径がリチウムからセシウムに減少することは明らかです。
ダニエル・セル
ダニエル細胞は、酸化還元反応を利用して化学エネルギーを電気エネルギーに変換します。ダニエル細胞で起こる酸化還元反応の化学式は次のとおりです。
Zns+Cu+2→Zn+2aq+Cus
ダニエル細胞は、電気移動の概念の発見によって発見された発見の 1 つです。ダニエルセルの電位は、亜鉛イオンと銅イオンの濃度が 1 mol dm-3 のとき 1.1 V です。ダニエル セルは、ガルバニ電池としても知られています。
外部電位がガルバニ電池に適用され、ゆっくりと増加すると、反対の電位が 1.1V の値に達するまで反応が続くことがわかります。反応が完了すると、セルに電流が流れなくなります。しかし、電位が上がると再び反応が始まりますが、今度は反対方向で、セルは電解セルになります。
ガルバニ電池
ガルバニ電池は、レドックス反応の化学エネルギーを電子移動度によって電気エネルギーに変換します。ガルバニ電池では、レドックス反応のギブスエネルギーが電気仕事に変換されます。このようにして生成された電気仕事は、モーター、給湯器、テレビなどのさまざまな電化製品を動かすために使用されます。
上記のダニエルのセルはガルバニ電池タイプで、反応式は前のセクションで述べたものと同じです。ダニエルセルの反応式を深く掘り下げると、その式が2つの半反応の組み合わせであることがわかります。 2 つの半反応を以下に示します。
Cu+2+2e-=Cus
Zns=Zn+2+2e-
2 つの半反応は、ダニエルの細胞の異なる領域で発生します。銅電極では還元反応が起こり、亜鉛電極では酸化反応が起こります。半反応が起こる細胞の両方の部分は、半細胞または酸化還元対と呼ばれます。
電子移動度とダニエルのセルの概念を採用することで、いくつかのガルバニ電池を作成できます。すべてのガルバニ電池では、電極が電解質に浸され、電極がワイヤを使用して接続されます。ワイヤーを使用してワイヤーを接続することに加えて、ワイヤーの間に電圧計も取り付けられています。半電池に存在する電解質は、塩橋の助けを借りて接続されています。
結論
電気モビリティの発見は、人類の歴史において極めて重要な瞬間です。今日、携帯電話、ラップトップ、タブレットなど、私たちが使用するさまざまな主要ガジェットは、電気可動性の原理で動作するバッテリーを使用して電力を供給されています。ロバート・ミリカンの電気モビリティの理論の発見は、次世代がポータブルエネルギー源を開発し、高い電力密度を持つのに役立ちました。さらに、ガルバニ電池は、電池技術におけるその後の発見の基礎となっています。今日、私たちはバッテリーで車を走らせることができます。これは、バッテリー技術による開発の成果です。
