Saltvand er det mest kendte eksempel på en ionisk opløsning, der leder elektricitet, men at forstå, hvorfor dette sker, er ikke så simpelt som at udføre et hjemmeeksperiment på fænomenet. Årsagen kommer ned til forskellen mellem ionbindinger og kovalente bindinger samt forståelse af, hvad der sker, når dissocierede ioner udsættes for et elektrisk felt.
Kort sagt, ioniske forbindelser leder elektricitet i vand, fordi de adskilles i ladede ioner, som derefter tiltrækkes af den modsat ladede elektrode.
En ionisk obligation vs. En kovalent obligation
Du er nødt til at kende forskellen mellem ioniske og kovalente bindinger for at få en bedre forståelse af ioniske forbindelsers elektriske ledningsevne.
Kovalente bindinger dannes, når atomer deler elektroner for at fuldføre deres ydre (valens) skal. For eksempel har elementært brint et "rum" i sin ydre elektronskal, så det kan binde kovalent med et andet hydrogenatom, hvor begge deler deres elektroner for at fylde deres skaller.
En ionbinding fungerer anderledes. Nogle atomer, som natrium, har en eller meget få elektroner i deres ydre skal. Andre atomer, som klor, har ydre skaller, der bare har brug for endnu en elektron for at have en fuld skal. Den ekstra elektron i det første atom kan overføres til det andet for at fylde den anden skal.
Processerne med at tabe og vinde valg skaber imidlertid en ubalance mellem ladningen i kernen og ladningen fra elektronerne, hvilket giver det resulterende atom en positiv nettoladning (når en elektron går tabt) eller en netto negativ ladning (når en er opnået). Disse ladede atomer kaldes ioner, og modsat ladede ioner kan tiltrækkes sammen for at danne en ionbinding og et elektrisk neutralt molekyle, såsom NaCl eller natriumchlorid.
Bemærk, hvordan "klor" skifter til "klorid", når det bliver en ion.
Dissociation af ioniske obligationer
De ioniske bindinger, der holder molekyler som almindeligt salt (natriumchlorid) sammen, kan brydes fra hinanden under visse omstændigheder. Et eksempel er, når de er opløst i vand; molekylerne "adskiller sig" i deres bestanddele, hvilket returnerer dem til deres ladede tilstand.
De ioniske bindinger kan også brydes, hvis molekylerne smeltes under høj temperatur, hvilket har den samme virkning, når de forbliver i smeltet tilstand.
Det faktum, at en af disse processer fører til en samling af ladede ioner, er central for den elektriske ledningsevne af ioniske forbindelser. I deres bundne, faste stater leder molekyler som salt ikke elektricitet. Men når de adskilles i en løsning eller ved smeltning, gør de det kan bære en strøm. Dette skyldes, at elektroner ikke kan bevæge sig frit gennem vand (på samme måde som i en ledende ledning), men ioner kan bevæge sig frit.
Når en strøm anvendes
For at anvende en strøm på en opløsning indsættes to elektroder i væsken, begge fastgjort til et batteri eller en ladekilde. Den positivt ladede elektrode kaldes anoden, og den negativt ladede elektrode kaldes katoden. Batteriet sender opladning til elektroderne (på den mere traditionelle måde, der involverer elektroner, der bevæger sig gennem en fast ledende materiale), og de bliver forskellige ladningskilder i væsken og producerer en elektrisk Mark.
Ionerne i løsningen reagerer på dette elektriske felt i henhold til deres ladning. De positivt ladede ioner (natrium i en saltopløsning) tiltrækkes af katoden, og de negativt ladede ioner (chloridioner i en saltopløsning) tiltrækkes af anoden. Denne bevægelse af ladede partikler er en elektrisk strøm, fordi strøm simpelthen er bevægelse af ladning.
Når ionerne når deres respektive elektroder, vinder eller taber de enten elektroner for at vende tilbage til deres elementære tilstand. For dissocieret salt samles de positivt ladede natriumioner ved katoden og samler elektroner op fra elektroden og efterlader den som elementært natrium.
Samtidig mister kloridionerne deres "ekstra" elektron ved anoden og sender elektroner ind i elektroden for at fuldføre kredsløbet. Denne proces er grunden til, at ioniske forbindelser leder elektricitet i vand.