Fachgebiet - Elektrizitätslehre, Elektrochemie

Elektrische Leitung erfolgt durch den Transport elektrisch geladener Teilchen. Der elektrische Strom $I$beschreibt dabei die Anzahl der transportierten Ladungen pro Zeiteinheit (Stromstärke). In Lösungen und auch in Schmelzen von Salzen wird elektrische Leitung durch Wanderung von Ionen verursacht (Ionenleitung). Im Festkörper wird nur in bestimmten Fällen Ionenleitung und im Allgemeinen Wanderung von Elektronen beobachtet (Elektronenleitung).

Den Kehrwert des elektrischen Widerstandes $R$ bezeichnet man als elektrischen Leitwert₎ $G$

$$G=\frac{1}{R}=\frac{I}{U}$$

wobei $U$die anliegende Spannung ist. Die Einheit des Leitwertes ist das Siemens $S$ und die Einheit des elektrischen Widerstandes ist das Ohm $\Omega$, sodass $S={\Omega }^{-1}$. Der spezifische elektrische Widerstand $\rho$ ist mit $R$ über die Länge $l$ des Leiters und seine Querschnittsfläche $A$ verknüpft:

$$R=\rho \frac{l}{A}$$

Der Kehrwert des spezifischen elektrischen Widerstandes $\rho$ ist die elektrische Leitfähigkeit¹⁾ $\chi$:

$$\chi =\frac{1}{\rho }$$

Die elektrolytische Leitung von Ionen in Lösung wird durch die molare Leitfähigkeit $\Lambda$ und die Äquivalentleitfähigkeit / Äquivalenzleitfähigkeit ${\Lambda }_{\mathrm{eq}}$ beschrieben:

$$\begin{array}{l}\Lambda =\frac{\chi }{c}=\frac{\chi }{n}V\\ {\Lambda }_{eq}=\frac{\Lambda }{\nu z}=\frac{\chi }{\nu zc}=\frac{\chi }{\nu zn}V\end{array}\begin{array}{l}c=\text{Konzentration}\\ n=\text{Molzahl}\\ \nu =\text{stöchiometrischer Faktor}\\ z=\text{Ladungszahl}\\ V=\text{Volumen}\end{array}$$

z.B. ist $\nu z=2\cdot 1=1\cdot 2=2$ beim Natriumsulfat mit $\nu =2$ und $z=1$ für das Natrium-Kation und $\nu =1$ und $z=2$ für das Sulfat-Anion.

Empirisch findet man eine direkte Proportionalität zwischen spezifischer Leitfähigkeit und Konzentration nur für den Grenzfall stark verdünnter Lösungen. Daher wird eine Grenzleitfähigkeit für den Fall unendlicher Verdünnung $c\to 0$ definiert. Bei höheren Elektrolyt-Konzentrationen kommt es durch elektrostatische Wechselwirkungen der Ionen zu Abweichungen, bei schwachen Elektrolyten zudem durch unvollständige Dissoziation. Das Kohlrausch-Gesetz ist eine empirische Beschreibung des Zusammenhangs von Leitfähigkeit und Konzentration.