Elektrochemie voor MBO/Conductometrie geschiedenis

Conductometrie

Conductometrie betekent: het meten van geleidbaarheid.

In de conductometrie wordt gekeken hoe goed een oplossing elektrische stroom geleid. Uiteraard geleiden vaste stoffen de elektrische stroom ook (soms beter, soms slechter). De chemische conductometrie heeft zich voornamelijk op oplosingen gericht. Daarbij is het wel duidelijk dat de vraag:

Hoe groot is de geleidbaarheid of: Hoe goed geleidt een oplossing de elektrische stroom?

en de vraag:

Hoe groot is de weerstand, of: Hoe moeilijk geleidt een oplossing de elektrische stroom?

twee verschillende manieren van vragen zijn naar de zelfde eigenschap van een oplossing.

Wie kijkt er?

Conductometrie is in eerst instantie een bezigheid van natuurkundigen geweest die elektrische verschijnselen bestudeerden. Daarbij maakten ze dankbaar gebruik van een aantal in de natuurkunde al goed bekende begrippen. Het gevolg is wel dat er in eerste instantie voor chemici onhandige keuzes zijn gemaakt.

Natuurkundigen

De wet van Ohm

De wet van ohm was in de natuurkunde al goed bekend:

$\mathrm{V}\mathrm{=}\mathrm{I}\mathrm{\times }\mathrm{R}\mathrm{⟹}\mathrm{R}\mathrm{=}\frac{V}{I}$

Verg. 1
Wet van Ohm

Weerstand

De wet van Pouillet

Bij het vergelijken van verschillende materialen met elkaar is niet zozeer de weerstand zelf belangrijk, maar meer de soortelijke weerstand. Bij de soortelijke weerstand zijn afmetingen van de geleider niet meer belangrijk, alleen de eigenschap van het materiaal telt.

De Franse natuurkundige Claude Pouillet had voor homogene weerstanden, dat zijn weerstanden die overal dezelfde eigenschappen hebben, de volgende regels gevonden:

• als het oppervlak "A" van de weerstand twee keer zo groot wordt, wordt de weerstand twee keer zo klein.
• Wordt de lengte van de weerstand "l" twee keer zo groot, dan wordt ook de weerstand twee keer zo groot.

De grootte van de weerstand in $\mathrm{\Omega }$ blijkt dus recht evenredig met de lengte van de weerstand in meter, $\mathrm{m}$, en omgekeerd evenredig met het oppervlak van de weerstand in vierkante meter, $\mathrm{m}{\phantom{A}}^2$. Door een constante te gebruiken kun je van de twee evenredigheden een gelijkheid maken:

        $R=\rho \times \frac{l}{A}$         Eenheden: $\mathrm{\Omega }=\rho \times \frac{m}{m^2}⟹\rho =\mathrm{\Omega }\cdot m$

Verg. 2
Wet van Pouillet

Soortelijke weerstand

Claude Pouillet

Geleidbaarheid presenteren

Als je meetgegevens over geleidbaarheid wilt presenteren dan betekent dat het weergeven van een grootheid (geleidbaarheid, Vaak met symbool "G") met een getal en een eenheid die bij dat getal hoort. Als voorbeeld: Een potentiaalverschil van 2.00 Volt heeft een stroom tot gevolg van 0,400 Ampère.
Een simpel rekensommetje, meteen naar geleidbaarheid gaand, leert dan:

$\mathrm{R}\mathrm{=}\frac{U}{I}=\frac{2,00\mathrm{V}}{0,400\mathrm{A}}=5,00\mathrm{\Omega }⟹\mathrm{G}=\frac{1}{5\mathrm{\Omega }}=0,200\frac{1}{\mathrm{\Omega }}=0,2001/\mathrm{\Omega }=0,200{\mathrm{\Omega }}^{-1}$

Verg. 3

Publicatie

Elk van de drie laatste notaties heeft zo zijn praktische nadelen. Sjabloon:Nummerlijst

Notatie

Uiteindelijk kwam er iemand op het idee dat het in de wiskunde gebruikelijk is om "1 gedeeld door iets" als het "omgekeerde ervan" te beschrijven. Je kunt de letter $\mathrm{\Omega }$ ook omkeren, op zijn kop zetten. Het resultaat is: "℧". Zonder dat een drukker allerlei trucs moest uithalen om de eenheid goed neer te zetten kon er, voor de drukkers met een Griekse letterset, gebruik gemaakt worden van een standaard letterteken. De hierboven aangegeven geleidbaarheid kan nu simpel genoteerd worden als:

$\mathrm{G}\mathrm{=}\mathrm{0},\mathrm{2}\mathrm{0}\mathrm{0}$ ℧

Verg. 4

℧

Verder doordenken op het thema "omgekeerde" leverde de volgende gedachte op: de $\mathrm{\Omega }$ wordt, als het over weerstanden gaat, uitgesproken als "ohm". Dat is een gewone sliert letters. Die kun je ook omkeren. De Schotse natuurkundige William Thomson, de latere Lord Kelvin, stelde in 1883 voor, de naam voor de eenheid van weerstand om te keren in plaats van links naar rechts, van rechts naar links lezen: "mho". Op deze manier heb je niet eens meer een speciale letterset nodig. Het idee was zelfs zo handig dat de tabellen van waterige zoutoplossingen in het Handbook of Chemistry and Physics de geleidbaarheid van de oplossingen in de eenheid mmho, millemho, een duizendste van een mho, opgaf.

$\mathrm{G}\mathrm{=}\mathrm{0},\mathrm{2}\mathrm{0}\mathrm{0}$ ℧ $\mathrm{=}\mathrm{0},\mathrm{2}\mathrm{0}\mathrm{0}\mathrm{m}\mathrm{h}\mathrm{o}\mathrm{=}\mathrm{2}\mathrm{0}\mathrm{0}\mathrm{m}\mathrm{m}\mathrm{h}\mathrm{o}$

Verg. 5

mho

Een naam voor een eigen eenheid voor geleidbaarheid

In 1971 is door het BIPM de siemens vastgesteld als naam voor de eenheid van geleidbaarheid. De eenheid is vernoemd naar de Duitse uitvinder en industrieel Werner von Siemens. Het symbool ervoor is de hoofdletter "S". Vergelijking 5 wordt dan:

$\mathrm{G}\mathrm{=}\mathrm{0},\mathrm{2}\mathrm{0}\mathrm{0}\mathrm{S}\mathrm{=}\mathrm{2}\mathrm{0}\mathrm{0}\mathrm{m}\mathrm{S}$

Verg. 6

siemens
S

Werner von Siemens

Geleidbaarheid in oplossingen

In een vaste stof wordt de geleiding van elektrische stroom verzorgd door elektronen. De elektronen kunnen zich verplaatsen door het (meestal) metaalrooster van de vaste stof. In een oplossing kunnen elektronen zich niet vrij verplaatsen. Als in een oplossing lading verplaatst wordt betekent dit altijd dat er ionen verplaatst worden.