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Physical Chemistry भौतिक रसायन (Physical Chemistry)

Electrolytic Conductance वैद्युत अपघटनी चालकता (Electrolytic Conductance)

Electrolytic conductance measures the ease with which electric current flows through an electrolytic solution due to the migration of dissolved ions. It obeys Ohm's law and depends on factors such as ion concentration, ionic mobility, and temperature. वैद्युत अपघटनी चालकता (Electrolytic conductance) उस सुगमता को मापती है जिसके साथ घुले हुए आयनों के प्रवास के कारण वैद्युत अपघटनी विलयन (electrolytic solution) से विद्युत धारा प्रवाहित होती है। यह ओम के नियम (Ohm's law) का पालन करती है और आयन सांद्रता, आयनिक गतिशीलता और तापमान जैसे कारकों पर निर्भर करती है।

UP PGT Chemistry Subject Code 02 B.Sc. / M.Sc. Level

Fundamental Definitions and Cell Constants मूल परिभाषाएँ और सेल स्थिरांक

  • Conductance (G) is the reciprocal of resistance and represents the ability of a solution to conduct electricity.
  • Specific conductance or conductivity (κ) is the conductance of a 1 cm3 volume of solution.
  • Cell constant (G*) is defined as the ratio of distance between electrodes to the cross-sectional area (l / A).
  • चालकता (Conductance - G) प्रतिरोध का व्युत्क्रम है और यह विलयन की विद्युत प्रवाहित करने की क्षमता को दर्शाती है।
  • विशिष्ट चालकता (Specific conductance या Conductivity - κ) 1 cm3 विलयन की चालकता है।
  • सेल स्थिरांक (Cell constant - G*) को इलेक्ट्रोडों के बीच की दूरी और अनुप्रस्थ काट के क्षेत्रफल के अनुपात (l / A) के रूप में परिभाषित किया गया है।

Variation of Conductivity and Molar Conductivity with Dilution तनुकरण के साथ चालकता और मोलर चालकता में परिवर्तन

  • Conductivity (κ) decreases upon dilution because the number of current-carrying ions per unit volume decreases.
  • Molar conductivity (Λm) increases with dilution due to increased ionic mobility and decreased interionic electrostatic attractions.
  • Weak electrolytes show a sharp increase in molar conductivity upon dilution due to a higher degree of dissociation (α).
  • तनुकरण (Dilution) पर चालकता (κ) घटती है क्योंकि प्रति इकाई आयतन में विद्युत ले जाने वाले आयनों की संख्या कम हो जाती है।
  • मोलर चालकता (Molar conductivity - Λm) तनुकरण के साथ बढ़ती है, जिसका कारण आयनिक गतिशीलता में वृद्धि और अंतर-आयनिक स्थिर वैद्युत आकर्षण में कमी है।
  • दुर्बल वैद्युत अपघट्य (Weak electrolytes) तनुकरण पर मोलर चालकता में तीव्र वृद्धि दर्शाते हैं, जिसका कारण वियोजन की मात्रा (degree of dissociation - α) में वृद्धि है।

Kohlrausch's Law and its Applications कोलराउस का नियम और इसके अनुप्रयोग

  • Kohlrausch's Law states that limiting molar conductivity of an electrolyte is the sum of contributions from its constituent cations and anions.
  • It is used to calculate the limiting molar conductivity of weak electrolytes which cannot be obtained by direct extrapolation.
  • It permits the determination of the degree of dissociation (α = Λm / Λm°) and dissociation constant (Ka) of weak acids.
  • कोलराउस का नियम (Kohlrausch's Law) बताता है कि किसी वैद्युत अपघट्य की सीमांत मोलर चालकता (limiting molar conductivity) उसके घटक धनायनों और ऋणायनों के योगदान का योग होती है।
  • इसका उपयोग दुर्बल वैद्युत अपघट्यों की सीमांत मोलर चालकता की गणना करने के लिए किया जाता है, जिसे सीधे बहिर्वेशन (extrapolation) द्वारा प्राप्त नहीं किया जा सकता।
  • यह वियोजन की मात्रा (α = Λm / Λm°) और दुर्बल अम्लों के वियोजन स्थिरांक (Ka) के निर्धारण की अनुमति देता है।
📐 Key Formulas & Equations 📐 महत्वपूर्ण सूत्र एवं समीकरण
Conductance and Conductivity चालकता और विशिष्ट चालकता (Conductance and Conductivity)
G = 1 / R and κ = (1 / ρ) × (l / A)
Conditions: Standard conductivity cell setup
शर्तें: मानक चालकता सेल सेटअप
इकाइयाँ: इकाई: S (सीमेंस) और S cm-1
Molar Conductivity मोलर चालकता (Molar Conductivity)
Λm = (κ × 1000) / C
Conditions: C in mol L-1
शर्तें: C, mol L-1 में
इकाइयाँ: इकाई: S cm2 mol-1
Equivalent Conductivity तुल्यांकी चालकता (Equivalent Conductivity)
Λeq = (κ × 1000) / N
Conditions: N in g equiv L-1
शर्तें: N, g equiv L-1 में
इकाइयाँ: इकाई: S cm2 equiv-1
Kohlrausch's Law of Independent Migration कोलराउस का स्वतंत्र अभिगमन नियम (Kohlrausch's Law of Independent Migration)
Λm° = ν+λ+° + ν-λ-°
Conditions: Infinite dilution
शर्तें: अनंत तनुता (Infinite dilution)
इकाइयाँ: इकाई: S cm2 mol-1
Debye-Hückel-Onsager Equation डेबाई-ह्यूकेल-ओनसेगर समीकरण (Debye-Hückel-Onsager Equation)
Λm = Λm° - (A + BΛm°)√c
Conditions: Strong electrolytes at moderate dilution
शर्तें: मध्यम तनुता पर प्रबल वैद्युत अपघट्य
इकाइयाँ: इकाई: S cm2 mol-1
Ohm's Law for Electrolytic Solutions वैद्युत अपघटनी विलयनों के लिए ओम का नियम (Ohm's Law for Electrolytic Solutions)
R = ρ × (l / A)
Conditions: Uniform cross-section conductor
शर्तें: समान अनुप्रस्थ काट वाला चालक
इकाइयाँ: इकाई: Ω (ओम)
⚠️ Important Exceptions & Anomalies ⚠️ महत्वपूर्ण अपवाद एवं विसंगतियाँ
Exceptionअपवाद Molar conductivity increases monotonically upon infinite dilution for all electrolytes.सभी वैद्युत अपघट्यों के लिए अनंत तनुता पर मोलर चालकता एकसमान रूप से बढ़ती है।

Observation: Strong electrolytes approach a limiting value (Λm°) asymptotically, whereas weak electrolytes show a steep, near-vertical rise at extreme dilution. — Weak electrolytes undergo continuous increase in degree of dissociation toward 100% as dilution increases. प्रेक्षण: प्रबल वैद्युत अपघट्य अनंत तनुता पर एक सीमांत मान (Λm°) तक पहुँचते हैं, जबकि दुर्बल वैद्युत अपघट्य अत्यधिक तनुता पर तीव्र वृद्धि दर्शाते हैं क्योंकि वियोजन की मात्रा 100% की ओर बढ़ती है।

Exceptionअपवाद Conductivity of an electrolytic solution generally increases with temperature.वैद्युत अपघटनी विलयन की चालकता आमतौर पर तापमान के साथ बढ़ती है।

Observation: Viscosity effects can sometimes dominate if hydration shells are unusually large, though thermal agitation normally increases ionic mobility. — Decreased solvent viscosity and increased kinetic energy augment ionic velocities. प्रेक्षण: तापमान बढ़ने से विलायक की श्यानता (viscosity) घटती है और आयनों की गतिज ऊर्जा बढ़ती है, जिससे आयनिक वेग में वृद्धि होती है।

Exceptionअपवाद Proton and hydroxide ions move via conventional hydrodynamic migration.प्रोटॉन और हाइड्रॉक्साइड आयन पारंपरिक हाइड्रोडायनामिक प्रवास के माध्यम से चलते हैं।

Observation: H+ (H3O+) and OH- possess exceptionally high limiting ionic mobilities compared to other ions. — They conduct electricity via the Grotthuss proton-jump mechanism through the hydrogen-bonded water network. प्रेक्षण: H+ (H3O+) और OH- अन्य आयनों की तुलना में असाधारण रूप से उच्च गतिशीलता रखते हैं, जो ग्रॉथस (Grotthuss) प्रोटॉन-जंप तंत्र द्वारा जल नेटवर्क में प्रवाहित होते हैं।

💡 Shortcuts & Memory Aids 💡 शॉर्टकट एवं स्मरणीय सूत्र
Unit Conversion Guardइकाई रूपांतरण सुरक्षा
κ (S m-1) = 100 × κ (S cm-1)

Application: Always convert cm to m carefully when dealing with SI units in numerical problems to avoid magnitude errors. अनुप्रयोग: संख्यात्मक समस्याओं में SI इकाइयों का उपयोग करते समय cm को m में सावधानीपूर्वक बदलें।

Degree of Dissociation Shortcutवियोजन की मात्रा का शॉर्टकट
α = Λm / Λm°

Application: Directly find the fraction dissociated by taking the ratio of molar conductivity at concentration c to that at infinite dilution. अनुप्रयोग: सांद्रता c पर मोलर चालकता और अनंत तनुता पर मोलर चालकता के अनुपात से सीधे वियोजन का अंश ज्ञात करें।

Weak Acid Dissociation Constantदुर्बल अम्ल वियोजन स्थिरांक
Ka = (c α2) / (1 - α) = (c Λm2) / [Λm°(Λm° - Λm)]

Application: Substitute α in Ostwald's dilution law formula for rapid calculation of Ka from conductance data. अनुप्रयोग: चालकता डेटा से Ka की त्वरित गणना के लिए ओस्टवाल्ड के तनुकरण नियम में α का मान रखें।

⚖️ Metallic Conductance vs Electrolytic Conductance ⚖️ धात्विक चालकता बनाम वैद्युत अपघटनी चालकता
ParameterपैरामीटरMetallic Conductanceधात्विक चालकताElectrolytic Conductanceवैद्युत अपघटनी चालकता
Charge Carrierआवेश वाहकFlow of electronsइलेक्ट्रॉनों का प्रवाहMovement of cations and anionsधनायनों और ऋणायनों की गति
Chemical Changeरासायनिक परिवर्तनNo chemical change takes placeकोई रासायनिक परिवर्तन नहींChemical decomposition occurs at electrodesइलेक्ट्रोड पर रासायनिक अपघटन
Temperature Effectतापमान का प्रभावDecreases with increase in temperatureतापमान बढ़ने पर घटती हैIncreases with increase in temperatureतापमान बढ़ने पर बढ़ती है
MagnitudeपरिमाणHigh conductanceउच्च चालकताLower conductance due to ionic frictionआयनिक घर्षण के कारण कम चालकता
🎯 Key Exam Points 🎯 महत्वपूर्ण परीक्षा बिंदु (Key Exam Points)
  • Units of conductivity (κ) are S m-1 or dS m-1 or ohm-1 cm-1.
  • Cell constant units are cm-1 or m-1.
  • Limiting molar conductivity for NaCl can be found using λ°(Na+) + λ°(Cl-).
  • Ostwald's dilution law applies strictly to weak electrolytes.
  • Debye-Hückel-Onsager equation is valid only for dilute solutions of strong electrolytes.
  • Specific conductance decreases with dilution, whereas molar and equivalent conductivities increase.
  • चालकता (κ) की इकाइयाँ S m-1 या S cm-1 हैं।
  • सेल स्थिरांक की इकाइयाँ cm-1 या m-1 हैं।
  • NaCl के लिए सीमांत मोलर चालकता λ°(Na+) + λ°(Cl-) का उपयोग करके ज्ञात की जा सकती है।
  • ओस्टवाल्ड का तनुकरण नियम केवल दुर्बल वैद्युत अपघट्यों पर लागू होता है।
  • डेबाई-ह्यूकेल-ओनसेगर समीकरण केवल प्रबल वैद्युत अपघट्यों के तनु विलयनों के लिए मान्य है।
🚫 Common Errors & Confusions 🚫 सामान्य भ्रांतियाँ एवं त्रुटियाँ (Common Errors)
  • Confusing specific conductance (κ) with molar conductivity (Λm); remember κ decreases on dilution while Λm increases.
  • Forgetting the stoichiometric coefficients (ν+, ν-) in Kohlrausch's law calculations.
  • Mixing up units of concentration (mol L-1 vs mol m-3) when multiplying by 1000.
  • Assuming weak electrolytes obey the linear Debye-Hückel-Onsager extrapolation to zero concentration.
  • विशिष्ट चालकता (κ) और मोलर चालकता (Λm) को भ्रमित करना; याद रखें कि तनुकरण पर κ घटती है जबकि Λm बढ़ती है।
  • कोलराउस के नियम में स्टोइकोमेट्रिक गुणांकों (ν+, ν-) को भूल जाना।
  • 1000 से गुणा करते समय सांद्रता की इकाइयों (mol L-1 बनाम mol m-3) को मिला देना।