Ionen im elektrischen Feld

Wird mittels zweier Elektroden eine Spannung U an eine Elektrolyt-Lösung angelegt, baut sich zwischen den beiden Elektroden ein elektrisches Feld E auf:

U l

angelegte Spannung Abstand zwischen den Elektroden

Die negativ geladene Elektrode, die Kathode, zieht die positiven Ionen an, die dann als Kationen bezeichnet werden. Umgekehrt verhält es sich mit den negativen Ionen, die zur positiv geladenen Elektrode, der Anode, wandern und deshalb Anionen genannt werden.

	Abbildung 10: Schema einer elektrochemischen Zelle.

Auf die Ionen der Sorte i mit der Ladungszahl z_i wirkt dann eine Kraft:

e

Elementarladung eine Elektrons

Diese Kraft bewirkt, dass die Kationen zur Kathode und die Anionen zur Anode beschleunigt werden. Dieser Beschleunigung wirkt jedoch eine Reibungskraft F_R entgegen, da sich die Ionen nicht im Vakuum, sondern in einem flüssigen Medium befinden. Mit Hilfe des Stokes'schen Gesetzes lässt sich die Reibungskraft F_R bestimmen:

ri vi

Ionenradius Geschwindigkeit Viskosität des Mediums

Nach einer kurzen Beschleunigung stellt sich eine konstante Geschwindigkeit v_i ein:

Die Geschwindigkeit v_i ist also neben der Viskosität des Lösungsmittels und den charakteristischen Größen z_i und r_i des Ions von der, aus der angelegten Spannung resultierenden, Feldstärke abhängig. Dividiert man die Geschwindigkeit v_i durch die Feldstärke E, erhält man die elektrische Beweglichkeit u_i der Ionen:

Die Ionenbeweglichkeit sinkt mit wachsender Konzentration, da die interionischen Wechselwirkungen zunehmen. Sie ist zudem noch vom Lösungsmittel, vom Druck und der Temperatur abhängig.