Praktikum f ¨ ur Studenten der Technischen Biologie Produktion von S¨ auren und Laugen mittels bipolarer Membranen M. Hein, A. Grabowski 19. August 2003 Bitte durchlesen und zum Praktikumstermin mitbringen! Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen 3 1.1 Stofftransport von Ionen ........................ 3 1.2 Membranselektivit¨ at .......................... 4 1.3 Elektrodialyse .............................. 5 2 Funktionsprinzip einer bipolaren Membran 6 2.1 Problematik der erh ¨ ohten Wasserdissoziation ............. 9 3 Anwendungsbeispiele der Elektrodialyse mit Bipolarmembranen 11 3.1 3 Kammer-Aufbau ........................... 11 3.2 2 Kammer-Aufbau ........................... 12 4 Coionenleckage 14 5 Merkmale bipolarer Membranen 16 6 Versuchsbeschreibung 17 6.1 Versuchsaufbau ............................. 17 6.2 Versuchsdurchf¨ uhrung ......................... 18 1
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Produktion von Sauren¨ und Laugen mittels bipolarer Membranen · Potential dafur¨ , daß die ebenfalls negativen Coionen aus der Membran ausgeschlos- sen werden. Allerdings halt¨
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Wie in Abb. 1 dargestellt,werdenKationenbevorzugtdurchdieeingezeichneteKatio-nenaustauschermembrantransportiert.Diese (Perm-)Selektivitat ist die kennzeich-nendeEigenschaftvon Ionenaustauschermembranen.Dabei haltenKationenaustau-schermembranenAnionenundAnionenaustauschermembranenKationenzuruck.In Abb. 2 ist dieUrsachefur diesesVerhaltendargestellt:EineIonenaustauschermem-branbestehtauseinemneutralenBasispolymermit dem durchchemischeBindungsogenannteFestionenverbundensind.
Aus Elektroneutralitatsgrundensind jedemFestionein GegenionentgegengesetzterLadungzugeordnet,die allerdingsnur aufgrundelektrostatischerWechselwirkungen
1 GRUNDLAGEN 5
in derMembranzuruckgehaltenwerdenund durchandereIonenentsprechenderLa-dungersetztwerdenkonnen(Ionenaustausch).In Abb. 2 ist diesfur eineCEM (ne-gativeFest-,positive Gegenionen)dargestellt.Tritt die Membranin Kontaktmit einerverdunntenLosung,so ist dasBestrebender austauschbarenKationenentsprechenddemKonzentrationsgradientenausder Membran(die sich ja auchals konzentrierterFestelektrolytbegreifen laßt) herausin die Losunguberzugehen.Da die negativenFestionenin der Membranzuruckgehaltenwerden,ergibt sich dadurchein negati-verLadungsuberschußin derMembran,d.h.einelektrischerPotentialgradient,derdieGegenionenin derMembranzuruckhalt. DiesesGleichgewicht zwischenKonzentra-tionsgradientund elektrischerPotentialdifferenz(Donnan-Potential)bezeichnetmanals Donnan-Gleichgewicht. Im Falle der dargestelltenCEM sorgt derennegativesPotentialdafur, daßdie ebenfallsnegativen Coionenausder Membranausgeschlos-senwerden.Allerdingshalt nur eineidealeMembranalle Coionenzuruck. Dadurch,daßsich Gegenionund Coion auchzu neutralen,sogenanntenIonenpaarenzusam-menlagern,konnendennochCoionenin die Membraneindringen.Außerdemist dieHohedesDonnan-Potentialswie beschriebenvomKonzentrationsgradientenzwischenMembranund Losungabhangig.Steigt die Losungskonzentration,nimmt auchdasDonnan-Potentialundsomitdie SelektivitatderMembranab.
1.3 Elektr odialyse
Die Selektivitatvon Ionenaustauschermembranenwird z.B. fur dieStofftrennungmit-telsElektrodialysegenutzt(vgl. Abb. 3).ZwischeneinemPaar von Elektrodensind in alternierenderReihenfolgeKationen-undAnionenaustauschermembranangeordnet.Entsprechendihrer Ladungszahlwan-dern die mit der FeedlosungeintretendenIonen in RichtungKathodebzw. Anode.Treffen sie als Gegenionauf eine Ionenaustauschermembran,konnensie die Mem-branuberqueren;treffen sie als Coionenauf eineIonenaustauschermembranwerdensiezuruckgehalten.Wie manerkennt,ergibt sichdadurcheineAnreicherungvon Io-nenin jederzweitenKammer, demsog.Konzentrat,wahrenddie Ionenkonzentrationin denverbleibendenKompartimentenimmerweiterabnimmt(sog.Diluat).
EinigeMerkmalederElektrodialysesindu.a.:
9 KontinuierlicheBetriebsweise.9 Modularer, einfacherweiterbarerAufbau mit vielen GrundeinheitenzwischenzweiElektroden.9 SchonendeProduktbehandlung,da die Trennungnicht thermisch,oderbei ho-hemDruckerfolgt,sondernmigrativ bei i.d.R.20–60:�; undUmgebungsdruck.Dies ist allerdingsauchoft eineEinschrankung:UberdengenanntenBetriebs-bereichsindnurwenigeIonenaustauscherpolymerestabil.
DasFunktionsprinzipeinerbipolarenMembranist in in Abb. 4 illustriert. Die obersteMembranordnungzeigt die fur eineElektrodialysetypischeAbfolge von Kationen-und Anionenaustauschermembran.Wie beschrieben,wanderndie Ionen im elektri-schenFeld uberdie fur sieselektive Membranenmit demErgebnis,daßdie zentraleKammerimmer weiter von Ionenbefreit wird. Dabeiist esohneBedeutung,ob dieIonenalsSalzzugegebenwerden(im BeispielNa< undSO=?>@ , oderobsiein situz.B.
2 FUNKTIONSPRINZIPEINERBIPOLARENMEMBRAN 7
2−4
Na+
SO2−
SO
+
+
Na+Na
4
NaNa+
Na+
2−SO
4
d 1 mm≅
Na+
2−4
SO
SO
4
Na+
Na+
Na+
≅d 0 mm
OH− H+
H+OH−
OH−
H+
H O2
2− H O2
SO2−
Na+
+
H O
Na
+Na
2
4
4
2−SO
+Na
CEM CEMAEM AEM
AEL CELCEM AEM
BPM
Abbildung4: FunktionsprinzipeinerbipolarenMembran
aufgrundderAutoprotolysevon Wasserentstehen(H < undOH> ). Im UnterschiedzudenSalzionenbildensichallerdingsProtonenundHydroxylionenentsprechenddemDissoziationsgleichgewicht
AH = O
B3CED�FGFHIB3JGK H L O<NM OH> (2)
2 FUNKTIONSPRINZIPEINERBIPOLARENMEMBRAN 8
kontinuierlichnach,so daßder Ionenstromauchdannnochnicht versiegt, wenndiezentraleKammervollstandigvon Salzionenbefreit ist (mittlereMembrananordnung).Auf diesemEffekt beruhteineBipolarmembran.SiebestehtauseinerKationen-undeinerAnionenaustauscherschichtzwischendensich ein infinitesimaldunnerFlussig-keitsfilm denkenlaßt(untereMembrananordnung).Bringt mandie Bipolarmembranmit derKationenaustauscherseitegegendie Kathodegerichtetin einelektrischesFeldein, so wird dieserGrenzfilmaufgrundseinergeringenDimensionensofortvon Sal-zionenbefreit.Der Stromflußkanndannnur dadurchaufrechterhaltenwerden,daßneueIonendurchdie Dissoziationvon Wasserzur Verfugunggestelltwerden.Pro-tonenbzw. Hydroxylionenwerdenim elektrischenFeld uberKationen-bzw. Anio-nenaustauscherschichtabgezogen,wahrendelektrischneutraleWassermolekule uberbeideMembranschichtennachdiffundierenkonnen.KommerzielleBipolarmembranenbestehenentwederaus2 loseaufeinandergelegtenMembranschichten,oderdie Membranschichtenwerdenbereitsbei der Herstellungfest miteinanderverbunden.Die in der rasterelektronenmikroskopischenAufnahme,Abb. 5, dargestellteBP-1 Bipolarmembrander Fa. TokuyamaSoda(Japan)entstehtz.B. durchAufgießender Anionenaustauscherseite(AEL) auf die gewebeverstarkteKationenaustauscherseite(CEL).
Der zu erwartendenStoffstrom an Protonenbzw. Hydroxylionenlaßt sich uber ei-ne Massenbilanzuberdie Zwischenschicht(engl.: junction), die als Wasserfilmzwi-schenKationen-undAnionenaustauscherseitegedachtwerdenkann,abschatzen(vgl.Abb. 6).
δAEL
H O2
H O3
CEL
2H O
- +OH
δ2λ
A
junction region
membrane layersmonopolar
Abbildung 6: Illustration zur uberschlagigen Berechnungder Protonen- bzw.Hydroxylionen-Stromdichtein einerBipolarmembran.
DabeientsprichtderStoffstromanProtonen�OQPSR
derzeitlichenAnderungderProto-nenkonzentrationin der Zwischenschicht,d.h.
�+� PSR 7 �UT multipliziert mit demVolu-menderZwischenschicht,die eineDicke von
AWVundeineFlacheX besitzt.Entspre-
chenddem Dissoziationsgleichgewicht von WasserGl. (2) laßt sich der Stoffstromin Abhangigkeitder vorhandenenKonzentrationenan Wasserbzw. an ProtonenundHydroxylionendarstellen.Manerhalt damit
�� PSR � �O P RX � �+� P R�YT AWV
� Z\[^] �5�E� � P+_a` b[ 03cEd � P R � `UPfehg3AWV(3)
Aus Quellungsmessungenlaßt sich die Wasserkonzentration� P�_\`
auf ca. 10 mol/labschatzen,wahrendaufgrundvon Widerstandsmessungendie Dicke der Zwischen-schicht
Messungenzur Wasserdissoziation.Die Geschwindigkeitskonstanteder Rekombina-tionsreaktion[ 03cEd wird als vernachlassigbarangenommen,da davon auszugehenist,daßdieIonenim elektischenFeldpraktischinstantanausderdunnenZwischenschicht
2 FUNKTIONSPRINZIPEINERBIPOLARENMEMBRAN 10
abgezogenwerden.Setztmandie Zahlenwertein Gl. (3) ein soerhalt maneineStoff-stromdichtevon
�� P R= 2.5 i 10>^l mol/(m= s),waseinerelektrischenStromdichtevonm
= 2.4 i 10> @ mA/cm= entspricht.Im Gegensatzhierzufindetmanim Experimental-lerdingsStromdichtenvondeutlichuber100mA/cm= , d.h.umca.6–7Zehnerpotenzengroßer!DieserWiderspruchberuhtauf der Tatsache,daßfur die Geschwindigkeits-konstanteder Dissoziationsreaktionein Wert angenommenwurde,wie er in freiemWasserbestimmtwurde.Offensichtlich,ist aberdieDissoziationsreaktionin derZwi-schenschichtderBipolarmembranumGroßenordnungenschneller.EineErklarungfur dieseBeobachtungliefert dersog.ZweiteWien-Effekt, derbesagt,daßdie DissoziationsreaktionschwacherElektrolyte(z.B. schwacherSauren)durchein starkeselektrischesFeld n weit in Richtungder dissoziiertenForm verschobenwerdenkann,d.h. [^] �5�E� Z n g 7 [^] ���$� Zao g-p q
. Tatsachlichsind uberdie ZwischenschichtgroßereelektrischeFelderzu beobachten,die in derGroßenordnungvon 1 V/10 nm= 10r V/m liegen.Kritiker dieserTheoriefuhrendagegenan,daßeineerhohteWas-serspaltungnicht bei allenMembranenin gleichemMaßezu beobachtenist. z.B. zei-genAnionenaustauschermembranenmit tertiarenAminogruppenals Festladungeineviel deutlichereWasserzersetzungals Kationenaustauschermembranenmit starksau-ren Sulfonsauregruppen.So zeigenArbeitenvon Simonset al. die katalytischeWir-kung bestimmterSubstanzenv.a. von schwachenBasenund Sauren.Entsprechendwird zur Erklarungder erhohtenWasserdissoziationein ReaktionsschemafolgenderArt vorgeschlagen:
3 Anwendungsbeispieleder Elektr odialyse mit Bipo-larmembranen
3.1 3 Kammer-Aufbau
In Abb. 7 ist ein typischer3 Kammer-Aufbaudargestellt,der in derRegel dannver-wendetwird, wennmit Hilfe einerbipolarenMembranausdemSalzstarkerSaurenundLaugendie Ausgangsproduktezuruckgewonnenwerdensollen.Der Praktikums-versuchselbstist einBeispielhierfur. Dabeisoll ausdemNeutralsalzNa= SO@ Schwe-felsaureundNatronlaugezuruckgewonnenwerden.
-
M+
-OH
X
+
BPM AEM CEM
H
BPM
Aci
d
Sal
t
Bas
e
conc. MOHconc. HXdepleted
MX
conc. MX dil. MOHdil. HX
repeating unit
Abbildung7: 3 Kammer-AufbaueinerEDBM.
Wie dargestellt,kanndasvollstandigdissoziierteNatriumsulfatalsNatrium-bzw. Sul-fationuberdieKationen-bzw. Anionenaustauschermembranin dieandieSalzkammerangrenzendenLaugen-bzw. Saurekammerabgezogenwerden.Laugen-bzw. Saure-kammerwerdenvon der Anionen-bzw. KationeaustauscherseiteeinerBipolarmem-branbegrenzt,d.h. esentstehenim elektrischenFeld Hydroxylionenbzw. Protonen,diemit denSalzionenzusammendie gewunschteNatronlaugebzw. Schwefelsaureer-geben.Die relativ reinenProduktelassensich bis zu einerKonzentrationvon etwa6 mol/l aufkonzentrieren,bevor die Coionenleckagezu unwirtschaftlichenStromaus-beutenund unbrauchbarenProduktreinheitenfuhrt. Beispielefur einesolcheSaure-bzw. Laugenregenerierungist die Ruckgewinnungvon NaOHausNa= SO@ wie esbei
derLaugenwaschevon SO= haltigemAbgasentstehtbzw. die Regenerierungvon HFausKF, welchesbeimBeizenvon Stahlenin dermetallverarbeitendenIndustrievor-kommt.
3.2 2 Kammer-Aufbau
In denletztenJahrenhat sich der EinsatzbipolarerMembranenv.a. demGebietderRuckgewinnungschwacherSaurenundLaugengewidmet.Ein prominentesBeispielist die Ruckgewinnungfermentativ erzeugterMilchsaure.WahrendderFermentationmußder FermentationsbruheNatronlaugezugesetztwerden,um denpH im fur dasWachstumder MikroorganismenzutraglichenBereichzu halten.Dadurchwird dieMilchsaurezu Natriumlactatumgesetzt.Das gut dissoziierendeSalz kannnun mit-telsEDBM in die Milchsaurezuruckgewandeltwerden.Hierzuwird in derRegel ein2 Kammer-Aufbauverwendet,wie er in Abb. 8 dargestelltist. Im elektrischenFeldwandertdasSaureanionuberdie Anionenaustauschermembranundwird mit denPro-tonenin der Saurekammerzur Saureumgesetzt.Wegen deshohenpK � -WertesderMilchsaureliegt dasSaure-Basen-Gleichgewicht weit auf derSeiteder undissoziier-ten Saure,wodurchverhindertwird, daßubermaßig viele Protonenuber die Anio-nenaustauschermembranabwandern.Das verbleibendeNatriumlactat-Natronlaugen-Gemischkannwiederzur NeutralisationderFermentationsbruheverwendetwerden.
tendenStoffstromeeingezeichnet.AufgrunddereingeschranktenSelektivitat ist aberaucheindiffusiverundmigrativerSalzionenstromuberdierealeBipolarmembranhin-weg festzustellen,derdenSaurestrommit Laugenkationenbzw. denLaugenstrommitSaureanionenverunreinigt(zweitesSegment).AußerdemreduziertsichdieWasserdis-soziationum denAnteil elektrischerLadung,die durchdie Coionenleckageuberdie
4 COIONENLECKAGE 15
Membrantransportiertwurde.Gegenmaßnahmenbestehenim AbsenkenderKonzen-trationenundim ErhohenderStromdichte.Ahnlich verhalt essichmit demdiffusivenTransportder Produkteuber Bipolar-, Kationen-und Anionenaustauschermembran(viertesSegment).Im Vergleich zu den ubrigenStofftransportvorgangenist er aberi.d.R.klein.Demgegenuberspieltdieim drittenSegmentdargestellteLeckagevonHy-droxylionenundv.a.von ProtonenuberKationen-undAnionenaustauschermembra-neneineentscheidendeRolle fur die WirtschaftlichkeiteinesEDBM-Verfahrens.Ge-lingt esnicht die Protonenleckageuberdie Anionenaustauschermembranwirkungs-voll zu unterbinden,neutralisierenProtoneneinengroßenTeil der Hydroxylioneninder Laugenkammer, waszu erheblichenEinbußenbei der Stromausbeutefuhrt. DasProblemist fur Protonenin Anionenaustauschermembranenbesondersausgepragt,daProtonenim Gegensatzzu andernIonenubereinenhocheffektivenDif fusionsmecha-nismusverfugen.Stattdurchein Kontinuumvon Wassermolekulen zu diffundieren,wird lediglichdiepositiveLadung(unddasist ja schondasganzeProton!)vonWasser-zuWassermolekul weitergereicht(sog.Groothus-oderTunnel-Mechanismus).Um dieProtonenleckagezu unterbindenwurdenmehrschichtigesog.Acid-BlockerMembra-nenentwickelt,die einenerheblichbesserenProtonenruckhaltaufweisen.DemgegenubernutzenDif fusionsdialysemembranendenEffekt der ProtonenleckagealstreibendeKraft fur diestromloseSaureruckgewinnungausMischungenvonSaure-undSalzlosungenaus.Ein Beispielhierfur ist in Abb. 11 dargestellt.
9 In situ WasserdissoziationohnebegleitendeProduktionvon Wasserstoff undSauerstoff, waseineerheblicheEnergieeinsparunggegenuberderkonventionel-len Elektrolysebedeutet.Auch oxidationsempfindlicheSubstanzenkonnensobehandeltwerden.9 EinfachesScale-updurchmodularenAufbaumoglich.In derRegelgeringeUn-terhaltskosten.9 EingeschrankteSelektivitatderMembranenbeschranktdiemaximalerreichbareKonzentrationderSaurenundLaugen.9 WegenderhohenpH-Werteim Laugenkreislaufist dafur Sorgezu tragen,daßHartebildner(wie z.B. Ca= < oder Mg = < ) vor dem Eintritt in die EDBM zu-verlassigabgetrenntwerden.9 GeringeAnzahlvonHerstellernund(deswegen)hoherPreis.
6 VERSUCHSBESCHREIBUNG 17
6 Versuchsbeschreibung
In einerkleinenVersuchsanlagesoll am Beispielder Spaltungvon NatriumsulfatinNatronlaugeundSchwefelsauredasFunktionsprinzipderElektrodialysemit bipolarenMembranenverdeutlichtwerden.Zudemsollendie GrenzendesVerfahrensaufgrundder Selektivitat der Membranenanhandder produziertenSchwefelsaureaufgezeigtwerden.Die verwendetenMembranenvon TokuyamaSoda(Japan)sindin folgenderTabellemit ihrenwichtigstenEigenschaftenzusammengestellt.
Membran Typ Widerstand[ t cm= ] Stromausbeute[%] Dicke [mm]
Aufgrund derhohenIonenbeweglichkeit der Protonen,stellt die Selektivitat der An-ionenaustauschermembranendie limitierendeGroßebeiderSaure-undLaugeherstel-lungdurchElektrodialysemit Bipolarmembrandar. ZumVergleichsollendiein Tabel-le 1 unterschiedlichenAnionenaustauschermembraneneingesetztwerden.Die ACM-2 zeichnetsich gegenuberder Standard-AnionenaustauschermembranAHA-2 durcheinenbesserenProtonenruckhaltaus.Dagegen weist die AFX eine besondershoheProtonenleckageauf,diebeiderDif fusionsdialyseausgenutztwird (vgl. Abschnitt4).Zur BestimmungderuberdieIonenaustauschermembranentransportiertenIonenwirdder uUs -Wert unddie Leitfahigkeitvon Saure-undLaugekreislaufuberderVersuchs-dauergemessen.
6.1 Versuchsaufbau
Vor Versuchsbeginn ziehenSie einenLabormantelan und eineSchutzbrilleauf, umihreAugenundihreKleidungvor Schadenzuschutzen.SolltenSieSaureoderLaugeaufdieHandebekommen,sowaschenSiediesegrundlichmit fließendemWasserab.
Die Versuchewerdenim Batchbetriebv in einemPlexiglasstackmit einerElektroden-flachevon25cm= durchgefuhrt.BauenSiezunachstdenVersuchsstackgemaßAbb. 12zusammen.Die KammernwerdendabeidurchPlexiglasrahmengebildet,zwischende-nendieMembraneneingespanntwerden.Die Abbdichtungerfolgt uberFlachdichtun-gen,diezwischenRahmenundMembranbzw. Elektodenendplatteeingelegt werden.w
DabeiwerdensamtlicheLosungenuberdie gesamteVersuchsdauerim Kreis gefahren,ohneZu-undAbfuhr vonLosung
Anschließendwerdendie Zu- undAblaufederSalz-,Saure-,Lauge-undElektroden-kreislaufean denVersuchsstackangeschlossen.Dabeisolltendie Ablaufeam Stackjeweilsobenliegen,damitGasblasenbesserentweichenkonnen.Die VorlagebalterdesSaure-unddesLaugekreislaufswerdenmit je 250ml vollent-salztemWasser, diederElektrodenkreislaufeunddesSalzkreislaufsmit je 500ml 0,25normalerNatriumsulfatlosunggefullt. StartenSiedanndieSchlauchpumpeundschlie-ßenSiedasNetzgerat,sowie die Meßgeratefur SpannungundStroman.(STROM ERST NACH KONTROLLE DURCH DEN BETREUER EINSCHALTEN!).
6.2 Versuchsdurchfuhrung
Die Versuchekonnenentwederstrom- oder spannungskonstantbetriebenwerden.Zunachstsoll der VersuchSPANNUNGSKONSTANT gefahrenwerden.StellenSie amNetzgerat eineSpannungvon 40 V ein und beobachtenSie die Verlaufevon Strom,pH-WertundLeitfahigkeitdesSaure-undLaugekreislaufs.
ERKLAREN SIE DIE SICH EINSTELLENDEN VERANDERUNGEN.
Wennder Strom2 A erreichthat, begrenzenSie ihn mittels desPotentiometersamNetzgerat (STROMKONSTANTE Fahrweise).StartenSie die Stoppuhrund protokol-lieren Sie alle 5 Minuten Spannung,pH-Werte,Leitfahigkeitenund TemperaturvonSaure-undLaugekreislauf(verwendenSiehierzudasProtokollim AnhangA).
SchaltenSie die Stromversorgungund danndie Schlauchpumpenachgenau20 Mi-nutenabundvertauschenSiedie Ruckfuhrungenvon SaureundLauge,um diesezuneutralisieren.BeobachtenSiediepH-VerlaufeunderklarenSiedieVeranderungen.
Zur AuswertungdesVersuchsstehendie im AnhangB zusammengestelltenGleichun-genunddie folgendenDiagrammezur Verfugung.TragenSie Ihre Ergebnissein dasdafur vorgeseheneVersuchsprotokollim AnhangA ein.
6.3.1 Saureproduktion
Im folgendensoll die Selektivitat der Anionenaustauschermembran(Transportzahl)berechnetwerden.BerechnenSiezunachstdieAktivitatderH y -Ionenausdemgemes-senenpH-Wert derSaure.BestimmenSiedannmit Hilfe desDiagrammsin Abb. 13denAktivitatskoeffizienten z H
Rin Abhangigkeitvon der H y -Aktivitat und berech-
nenSie die H y -Ionenkonzentration.Uber die ElektroneutralitatsbedingunglaßtsichdanndieSO{�|} -KonzentrationderSaureberechnen.Damitkanndie TransportzahlderSO{�|} -Ionenin derAnionenaustauschermembranberechnetwerden.Wie hochist dieStromausbeutederSaureproduktion~ H R
?
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
a H
+ [mol/l]
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
γ Η
+ [
−]
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01
a H
+ [mol/l]
0.8
0.85
0.9
0.95
1
γ Η
+ [
−]
Abbildung 13: H y -Aktivitatskoeffizient einerH { SO} -Losungals Funktionder Akti-vitat nachPitzer
6 VERSUCHSBESCHREIBUNG 21
6.3.2 Laugeproduktion
Bestimmen Sie anhand der gemessenenNatronlaugeleitfahigkeit die NaOH-KonzentrationenamAnfangundamEndedesVersuchsmit Hilfe desDiagrammsinAbb. 14.BerechnenSiedanndie StromausbeutederLaugeproduktion~ OH � .
Elektr oneutralit at: Ò ¢ ÓÔ�ÖÕY×¡Ø �?���Faraday’schesGesetz:
In einemElektrolytenist derTransportvon elektrischemStromandenTransportvonIonengebunden,dadiesedieeinzigeMoglichkeitdesLadungstransportsdarstellt.EineLadungsbilanzfuhrtzu demsogenanntenFaraday’schenGesetz:
Um denTransportvonIonenzucharakterisierenverwendetmandieTransportzahl.Sieist dasVerhaltnis zwischendemvon demIon ð transportiertenStromzum gesamtenelektrischenStrom:
T3ñkòUó� ¢ ô Ø � ÛÜ � ôõ÷öø ÕY× Ø ø ÛÜ ø ¢ ô Ø � ÛÜ � ô ÚÙ ðÉ¢ SO{�|}DerMolenstrom ÛÜ � berechnetsichausderMolenbilanzderKomponentej:
ù ¥Uú �?�ú Tüû ù ¥Uý ���ý T ¢ ÛÜ �
T1þ òUó� ¢ Ú ô Ø � ô ù ý ���ý T Ù
Stromausbeute:
Die Stromausbeute~�� bezeichnetdasVerhaltnisvon tatsachlichtransportierterIonen-mengezumtheoretischenWert,derdurchdasFaraday’scheGesetzgegebenist. Im Ge-gensatzzur Transportzahlbeziehtsich ~�� in derRegel aufdengesamtenVersuchsauf-bauund