1. Concetti Fondamentali
Prima di analizzare i dati, definiamo i concetti chiave della lezione. La conduttività è una proprietà fondamentale dei materiali, specialmente nel campo dell'ingegneria energetica.
Conduttività
L'abilità di muovere calore o elettricità da un luogo all'altro. È il potere intrinseco di un materiale di condurre.
Conduttività Ionica
Il movimento di uno ione da un sito all'altro, che avviene attraverso difetti nel reticolo cristallino di un solido o in una soluzione acquosa.
Elettrolita
Una sostanza che contiene ioni liberi e, di conseguenza, si comporta come un mezzo conduttore elettricamente.
2. Tipi di Elettroliti
La capacità di condurre elettricità dipende dalla natura dell'elettrolita, che determina la quantità di ioni liberi disponibili per il trasporto di carica.
Non-Elettrolita
Nessun flusso di corrente. Le molecole non si dissociano in ioni.
Elettrolita Debole
H⁺ + CH₃COO⁻
Flusso di corrente limitato. Solo una piccola frazione delle molecole si dissocia.
Elettrolita Forte
Na⁺ + Cl⁻
Flusso di corrente estensivo. La dissociazione in ioni è quasi totale.
3. Fattori Chiave che Influenzano la Conduttività
Diversi fattori fisici e chimici determinano l'efficienza con cui un elettrolita può condurre elettricità. La dimensione degli ioni e la loro interazione con il solvente sono cruciali.
Impatto della Dimensione Ionica sulla Mobilità
Questo grafico confronta la mobilità relativa (velocità) degli ioni Litio (Li⁺) e Cesio (Cs⁺). Notare come l'idratazione (interazione con l'acqua) inverte la loro mobilità relativa: il Li⁺, più piccolo da libero, diventa più grande e lento quando idratato.
Altri Fattori Determinanti
Oltre alla dimensione, la conduttività è influenzata da:
- Natura dell'elettrolita: Forte (es. NaCl) vs. Debole (es. CH₃COOH).
- Concentrazione: Generalmente, più ioni ci sono, maggiore è la conduttività (fino a un certo punto).
- Temperatura: Maggiore energia cinetica significa ioni più veloci e maggiore conduttività.
- Solvatazione/Dissociazione: L'efficacia con cui il solvente separa gli ioni.
- Natura del solvente: Solventi polari (es. acqua) sono migliori per gli elettroliti ionici.
- Viscosità: Un solvente più viscoso "rallenta" gli ioni, diminuendo la conduttività.
4. La Scienza della Misurazione
La conduttività non è misurata direttamente. Si calcola misurando la resistenza di una soluzione applicando la Legge di Ohm e conoscendo la geometria del sistema.
Principi e Formule
Legge di Ohm
V = I × R
(Voltaggio = Corrente × Resistenza)
Resistenza e Resistività
R = ρ × (L / S)
(Resistenza = Resistività × (Lunghezza / Area))
Conduttività (σ)
σ = 1 / ρ
(La conduttività è l'inverso della resistività)
Attrezzatura di Laboratorio
Per misurare la resistenza e calcolare la conduttività, è necessario un setup sperimentale specifico:
- ⚡ Generatore di voltaggio
- 📏 Elettrodi di Platino (Area S nota)
- 🌡️ Piastra riscaldante (per variare T)
- 🧪 Becher cristallizzatore
- 🌀 Agitatore magnetico
- 💧 Soluzioni (es. NaOH) e acqua distillata
5. Principi Sperimentali
Gli esperimenti confermano i principi teorici. I due effetti più evidenti osservati in laboratorio sono l'impatto della temperatura e la differenza tra elettroliti forti e deboli.
Effetto della Temperatura
Come previsto, l'aumento della temperatura fornisce agli ioni maggiore energia cinetica. Questo permette loro di muoversi più liberamente e velocemente attraverso la soluzione, risultando in un chiaro aumento della conduttività.
Effetto della Forza dell'Elettrolita
La differenza nella capacità di dissociazione è drastica. Un elettrolita forte, che si dissocia completamente, produce un numero molto maggiore di portatori di carica (ioni) rispetto a un elettrolita debole, portando a una conduttività significativamente più alta.
