Ion transport number
रसायन विज्ञान में, आयन परिवहन संख्या, जिसे स्थानांतरण संख्या भी कहा जाता है, किसी दिए गए आयनिक प्रजाति द्वारा इलेक्ट्रोलाइट में किए गए कुल विद्युत प्रवाह का अंश हैः परिवहन संख्या में अंतर विद्युत गतिशीलता में अंतर से उत्पन्न होता है। उदाहरण के लिए, सोडियम क्लोराइड के जलीय विलयन में, आधे से भी कम धारा सकारात्मक रूप से आवेशित सोडियम आयनों (कैटायन) द्वारा वहन की जाती है और आधे से अधिक नकारात्मक रूप से आवेशित क्लोराइड आयनों (आयनों) द्वारा वहन की जाती है क्योंकि क्लोराइड आयन तेजी से चलने में सक्षम होते हैं, यानी क्लोराइड आयनों में सोडियम आयनों की तुलना में अधिक गतिशीलता होती है। विलयन में सभी आयनों के लिए परिवहन संख्याओं का योग हमेशा एकता के बराबर होता हैः परिवहन संख्या की अवधारणा और माप वर्ष 1853 में जोहान विल्हेम हिटॉर्फ द्वारा पेश की गई थी। अलग-अलग आयन परिवहन संख्या वाले विलयन में आयनों से तरल जंक्शन क्षमता उत्पन्न हो सकती है। शून्य सांद्रता पर, सीमित आयन परिवहन संख्याओं को धनायन (), आयनन (), और इलेक्ट्रोलाइट () की सीमित मोलर चालकताओं के संदर्भ में व्यक्त किया जा सकता हैः और इलेक्ट्रोलाइट की प्रति सूत्र इकाई क्रमशः धनायन और आयनों की संख्या कहाँ और कहाँ हैं। व्यवहार में मोलर आयनिक चालकता की गणना मापी गई आयन परिवहन संख्या और कुल मोलर चालकता से की जाती है। कैटायन के लिए, और इसी तरह आयन के लिए। समाधानों में, जहां आयनिक जटिलता या समाजीकरण महत्वपूर्ण हैं, दो अलग-अलग ट्रामस्पोर्ट/ट्रामफेरेंस संख्याओं को परिभाषित किया जा सकता है। उच्च का व्यावहारिक महत्व (अर्थात। 1 के करीब) आवेश-शटल आयन की स्थानान्तरण संख्या (अर्थात। लिथियम-आयन बैटरियों में ली +) इस तथ्य से संबंधित है कि एकल-आयन उपकरणों (जैसे लिथियम-आयन बैटरियों) में 1 के पास आयन की स्थानांतरण संख्या वाले इलेक्ट्रोलाइट्स में, सांद्रता प्रवणता विकसित नहीं होती है। आवेश-निर्वहन चक्रों के दौरान एक स्थिर इलेक्ट्रोलाइट सांद्रता बनी रहती है। छिद्रपूर्ण इलेक्ट्रोड के मामले में उच्च धारा घनत्व पर ठोस विद्युत सक्रिय पदार्थों का अधिक पूर्ण उपयोग संभव है, भले ही इलेक्ट्रोलाइट की आयनिक चालकता कम हो। प्रायोगिक माप परिवहन संख्या के निर्धारण के लिए कई प्रयोगात्मक तकनीकें हैं। हिटोर्फ विधि इलेक्ट्रोड के पास आयन सांद्रता परिवर्तनों के माप पर आधारित है। गतिशील सीमा विधि में विद्युत प्रवाह के कारण दो समाधानों के बीच सीमा के विस्थापन की गति को मापना शामिल है। हिटोर्फ विधि यह विधि जर्मन भौतिक विज्ञानी जोहान विल्हेम हिटोर्फ द्वारा 1853 में विकसित की गई थी, और यह इलेक्ट्रोड के आसपास के क्षेत्र में एक इलेक्ट्रोलाइट समाधान की सांद्रता में परिवर्तन की टिप्पणियों पर आधारित है। हिटोर्फ विधि में, विद्युत अपघटन तीन डिब्बों वाली कोशिका में किया जाता हैः एनोड, केंद्रीय और कैथोड। एनोड और कैथोड डिब्बों में सांद्रता परिवर्तनों का मापन परिवहन संख्या निर्धारित करता है। सटीक संबंध दो इलेक्ट्रोड पर प्रतिक्रियाओं की प्रकृति पर निर्भर करता है। जलीय तांबा (II) सल्फेट () के विद्युत अपघटन के लिए एक उदाहरण के रूप में, और आयनों के साथ, कैथोड प्रतिक्रिया कमी है और एनोड प्रतिक्रिया सी. यू. का संबंधित ऑक्सीकरण है। कैथोड पर, बिजली के कूलोंब के गुजरने से मोल्स की कमी होती है, जहाँ फैराडे स्थिरांक है। चूँकि आयनों में धारा का एक अंश होता है, इसलिए कैथोड डिब्बे में बहने की मात्रा मोल होती है, इसलिए कैथोड डिब्बे में शुद्ध कमी होती है। इस कमी को रासायनिक विश्लेषण द्वारा मापा जा सकता है ताकि परिवहन संख्या का मूल्यांकन किया जा सके। एनोड डिब्बे का विश्लेषण एक जांच के रूप में मूल्यों की दूसरी जोड़ी देता है, जबकि केंद्रीय डिब्बे में सांद्रता में कोई बदलाव नहीं होना चाहिए जब तक कि प्रयोग के समय के दौरान विलेय के प्रसार से महत्वपूर्ण मिश्रण न हो और परिणाम अमान्य न हो जाएं। सीमा विधि को स्थानांतरित करना इस विधि को 1886 में ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी ओलिवर लॉज और 1893 में विलियम सेसिल डैम्पियर द्वारा विकसित किया गया था। यह एक विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में दो निकटवर्ती इलेक्ट्रोलाइट्स के बीच सीमा की गति पर निर्भर करता है। यदि एक रंगीन समाधान का उपयोग किया जाता है और इंटरफेस यथोचित रूप से तेज रहता है, तो चलती सीमा की गति को मापा जा सकता है और आयन हस्तांतरण संख्या निर्धारित करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। संकेतक इलेक्ट्रोलाइट का कैटायन उस कैटायन की तुलना में तेजी से नहीं चलना चाहिए जिसकी परिवहन संख्या निर्धारित की जानी है, और इसमें मुख्य इलेक्ट्रोलाइट के समान आयन होना चाहिए। इसके अलावा प्रमुख इलेक्ट्रोलाइट (जैसे, एच. सी. एल.) को हल्का रखा जाता है ताकि यह संकेतक इलेक्ट्रोलाइट पर तैर सके। यह सबसे अच्छा काम करता है क्योंकि यह मुख्य इलेक्ट्रोलाइट एच. सी. एल. की तुलना में कम गतिशील है और दोनों के लिए सामान्य है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोक्लोरिक एसिड (एचसीएल (एक्यू)) की परिवहन संख्या का निर्धारण कैडमियम एनोड और एजी-एजीसीएल कैथोड के बीच विद्युत अपघटन द्वारा किया जा सकता है। एनोड अभिक्रिया इस प्रकार होती है कि एनोड के पास एक कैडमियम क्लोराइड () विलयन बनता है और प्रयोग के दौरान कैथोड की ओर बढ़ता है। अम्लीय एच. सी. एल. विलयन और निकट-तटस्थ विलयन के बीच की सीमा को दृश्यमान बनाने के लिए ब्रोमोफेनॉल ब्लू जैसे अम्ल-क्षार संकेतक को जोड़ा जाता है। सीमा तेज रहती है क्योंकि अग्रणी समाधान एच. सी. एल. में संकेतक समाधान की तुलना में अधिक चालकता होती है, और इसलिए एक ही धारा को ले जाने के लिए एक कम विद्युत क्षेत्र होता है। यदि एक अधिक गतिशील आयन विलयन में फैलता है, तो यह तेजी से उच्च विद्युत क्षेत्र द्वारा सीमा पर वापस त्वरित हो जाएगा; यदि एक कम गतिशील आयन एच. सी. एल. विलयन में फैलता है तो यह निचले विद्युत क्षेत्र में धीमा हो जाएगा और विलयन में वापस आ जाएगा। इसके अलावा उपकरण का निर्माण कैथोड के नीचे एनोड के साथ किया जाता है, ताकि नीचे घना घोल बन सके। इसके बाद अग्रणी विलयन की धनायन परिवहन संख्या की गणना इस प्रकार की जाती है कि धनायन आवेश, सांद्रता, समय में सीमा द्वारा स्थानांतरित दूरी, अनुप्रस्थ-अनुभागीय क्षेत्र, फैराडे स्थिरांक और विद्युत प्रवाह कहाँ है। एकाग्रता कोशिका इस मात्रा की गणना आयनिक परिवहन के बिना या उसके साथ दो एकाग्रता कोशिकाओं के कार्य के ढलान से की जा सकती है। परिवहन एकाग्रता कोशिका के ई. एम. एफ. में धनायन की परिवहन संख्या और इसकी गतिविधि गुणांक दोनों शामिल हैंः जहां और हैं क्रमशः दाएं और बाएं हाथ के इलेक्ट्रोड के एच. सी. एल. समाधान की गतिविधियाँ, और की परिवहन संख्या है। इलेक्ट्रोफोरेटिक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग विधि यह विधि विद्युत प्रवाह के अनुप्रयोग पर एक विद्युत रासायनिक कोशिकाओं में एन. एम. आर.-सक्रिय नाभिक (आमतौर पर 1एच, 19एफ, 7एलआई) से युक्त आयनों के वितरण की चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग पर आधारित है।