لماذا تقوم المركبات الأيونية بتوصيل الكهرباء في الماء؟

المياه المالحة هي أشهر مثال على المحلول الأيوني الذي يوصل الكهرباء ، لكن فهم سبب حدوث ذلك ليس بسيطًا مثل إجراء تجربة منزلية على هذه الظاهرة. يعود السبب إلى الاختلاف بين الروابط الأيونية والروابط التساهمية ، وكذلك فهم ما يحدث عندما تتعرض الأيونات المنفصلة لمجال كهربائي.

باختصار، المركبات الأيونية توصيل الكهرباء في الماء لأنها تنفصل إلى أيونات مشحونة ، والتي تنجذب بعد ذلك إلى القطب المشحون عكسيا.

تحتاج إلى معرفة الفرق بين الروابط الأيونية والتساهمية للحصول على فهم أفضل للتوصيل الكهربائي للمركبات الأيونية.

روابط تساهمية تتشكل عندما تشترك الذرات في الإلكترونات لإكمال غلافها الخارجي (التكافؤ). على سبيل المثال ، يحتوي الهيدروجين الأولي على "فراغ" واحد في غلافه الإلكتروني الخارجي ، لذلك يمكنه الارتباط تساهميًا مع ذرة هيدروجين أخرى ، حيث يتشارك كلاهما إلكتروناتهما في ملء غلافهما.

ان الرابطة الأيونية يعمل بشكل مختلف. تحتوي بعض الذرات ، مثل الصوديوم ، على إلكترون واحد أو عدد قليل جدًا من الإلكترونات في غلافها الخارجي. تحتوي الذرات الأخرى ، مثل الكلور ، على أغلفة خارجية تحتاج فقط إلى إلكترون إضافي للحصول على غلاف كامل. يمكن أن ينتقل الإلكترون الإضافي في تلك الذرة الأولى إلى الثانية لملء الغلاف الآخر.

ومع ذلك ، فإن عمليات الخسارة وكسب الانتخابات تخلق عدم توازن بين الشحنة في النواة والشحنة من الإلكترونات ، مما يعطي الذرة الناتجة شحنة موجبة صافية (عند فقد إلكترون) أو شحنة سالبة صافية (عندما يكون أحدهم المكتسبة). تسمى هذه الذرات المشحونة أيونات ، ويمكن جذب الأيونات المشحونة معًا لتكوين رابطة أيونية وجزيء متعادل كهربائيًا ، مثل كلوريد الصوديوم ، أو كلوريد الصوديوم.

لاحظ كيف يتغير "الكلور" إلى "الكلوريد" عندما يتحول إلى أيون.

الروابط الأيونية التي تحافظ على جزيئات مثل الملح الشائع (كلوريد الصوديوم) معًا يمكن أن تتفكك في بعض الظروف. أحد الأمثلة على ذلك هو عندما يكونون كذلك مذاب في الماء; الجزيئات "تنفصل" في الأيونات المكونة لها ، والتي تعيدها إلى حالتها المشحونة.

يمكن أيضًا كسر الروابط الأيونية إذا ذابت الجزيئات تحت درجة حرارة عالية ، والتي يكون لها نفس التأثير عندما تظل في حالة منصهرة.

تعتبر حقيقة أن أيًا من هذه العمليات تؤدي إلى مجموعة من الأيونات المشحونة أمرًا أساسيًا في التوصيل الكهربائي للمركبات الأيونية. في حالتها الصلبة المترابطة ، جزيئات مثل الملح لا توصل الكهرباء. لكن عندما تنفصل في محلول أو من خلال الذوبان ، فإنها تستطيع تحمل التيار. هذا لأن الإلكترونات لا تستطيع التحرك بحرية عبر الماء (بنفس الطريقة التي تتحرك بها في سلك موصل) ، لكن الأيونات يمكنها التحرك بحرية.

لتطبيق تيار على المحلول ، يتم إدخال قطبين كهربائيين في السائل ، وكلاهما متصلان بالبطارية أو بمصدر الشحن. يسمى القطب الموجب الشحنة بالقطب الموجب ويسمى القطب السالب الشحنة بالكاثود. ترسل البطارية الشحن إلى الأقطاب الكهربائية (بالطريقة التقليدية التي تتضمن حركة الإلكترونات عبر a مادة موصلة صلبة) ، وتصبح مصادر مميزة للشحن في السائل ، وتنتج كهرباء مجال.

تستجيب الأيونات الموجودة في المحلول لهذا المجال الكهربائي وفقًا لشحنتها. تنجذب الأيونات موجبة الشحنة (الصوديوم في محلول ملحي) إلى القطب السالب وتنجذب الأيونات سالبة الشحنة (أيونات الكلوريد في محلول ملحي) إلى القطب الموجب. هذه الحركة للجسيمات المشحونة هي التيار الكهربائي، لأن التيار هو ببساطة حركة الشحنة.

عندما تصل الأيونات إلى الأقطاب الكهربائية الخاصة بها ، فإنها إما تكتسب أو تفقد إلكترونات للعودة إلى حالتها الأولية. بالنسبة للملح المنفصل ، تتجمع أيونات الصوديوم موجبة الشحنة عند الكاثود وتلتقط الإلكترونات من القطب ، وتتركها على هيئة عنصر صوديوم.

في الوقت نفسه ، تفقد أيونات الكلوريد إلكترونها "الإضافي" عند القطب الموجب ، وترسل الإلكترونات إلى القطب لإكمال الدائرة. هذه العملية هي سبب توصيل المركبات الأيونية للكهرباء في الماء.