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Mobilità ionica: intensità di corrente

Mobilità ionica e intensità di corrente: un’analisi dettagliata

La mobilità ionica si riferisce alla velocità raggiunta da un ione in movimento attraverso un gas sotto l’influenza di un campo elettrico. L’intensità corrente attraversa la cella è determinata dalla differenza di potenziale applicata ai due elettrodi (∆V) divisa per la resistenza (R), che include i contributi alla corrente riconducibili agli ioni di segno opposto.

In campo elettrochimico, è vantaggioso esprimersi in termini di conduttanza, il reciproco della resistenza, misurata in Siemens (Ω-1). La conduttanza è influenzata dalla lunghezza del conduttore, dalla sua sezione trasversale e dalla resistività.

Infine, la conduttività, il cui reciproco è κ e prende il nome di conduttività, è misura dell’efficienza cui un materiale conduttore trasporta cariche elettriche. Inserendo queste relazioni nell’espressione della corrente, risulta:

I = ∆V G = ∆V κ/Cc = ∆V κ A/l

Considerando una cella che contiene un elettrolita binario e sia divisa in due parti da un piano parallelo ai due elettrodi, i cationi migrano nel campo elettrico con una velocità v+ e gli anioni con una velocità v.

Per calcolare l’intensità di corrente, si omite il tempo (1 s) nella formula precedente, ottenendo così i due contributi, anionico e cationico, all’intensità di corrente. Utilizzando questa ottica, avremo:

I = I+ +I = ( z+FCv+) A + ( zFCv) A

Successivamente, attraverso una serie di relazioni simmetriche, si arriva alle espressioni per i contributi anionico e cationico all’intensità di corrente. Tali espressioni coinvolgono la densità numerica delle particelle, la concentrazione e il prodotto della carica per il Numero di Avogadro, che è la costante di Faraday (F = NAe = 96485 C/mol).

La mobilità ionica è poi definita come il rapporto tra la velocità di ione e il gradiente di potenziale che lo costringe a migrare, e coincide con la velocità che gli ioni acquistano sotto il gradiente di potenziale di 1 V a metro.

Le unità di misura della mobilità ionica sono (m/s)(V/m) = m2V-1s-1. Infine, c’è una correlazione tra la conduttività ionica limite e la mobilità ionica, che può essere utilizzata per determinare le mobilità ioniche misurando la conduttività molare e calcolando la frazione di corrente trasportata da ciascun ione.

In conclusione, l’analisi della mobilità ionica e dell’intensità di corrente fornisce una panoramica dettagliata del movimento degli ioni in un campo elettrico e della sua applicazione nella trasmissione di corrente attraverso una cella elettrochimica.

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