Stromleitende Verbindungen werden durch elektrostatische Kräfte oder Anziehung zusammengehalten. Sie enthalten ein positiv geladenes Atom oder Molekül, das als Kation bezeichnet wird, und ein negativ geladenes Atom oder Molekül, das als Anion bezeichnet wird. Im festen Zustand leiten diese Verbindungen keinen Strom, aber in Wasser gelöst dissoziieren die Ionen und können einen Strom leiten. Bei hohen Temperaturen, wenn diese Verbindungen flüssig werden, beginnen die Kationen und Anionen zu fließen und können auch in Abwesenheit von Wasser Strom leiten. Nichtionische Verbindungen oder Verbindungen, die nicht in Ionen dissoziieren, leiten keinen Strom. Sie können eine einfache Schaltung mit einer Glühbirne als Indikator aufbauen, um die Leitfähigkeit von wässrigen Verbindungen zu testen. Die Testverbindung in diesem Setup schließt den Stromkreis und schaltet die Glühbirne ein, wenn sie Strom leiten kann.
Verbindungen mit starker Leitfähigkeit
Der einfachste Weg, um festzustellen, ob eine Verbindung einen Strom leiten kann, besteht darin, ihre molekulare Struktur oder Zusammensetzung zu identifizieren. Verbindungen mit starker Leitfähigkeit dissoziieren vollständig in geladene Atome oder Moleküle oder Ionen, wenn sie in Wasser gelöst werden. Diese Ionen können sich effektiv bewegen und einen Strom tragen. Je höher die Ionenkonzentration, desto höher die Leitfähigkeit. Kochsalz oder Natriumchlorid ist ein Beispiel für eine Verbindung mit starker Leitfähigkeit. Es dissoziiert in Wasser in positiv geladene Natrium- und negativ geladene Chlorionen. Ammoniumsulfat, Calciumchlorid, Salzsäure, Natriumhydroxid, Natriumphosphat und Zinknitrat sind weitere Beispiele für Verbindungen mit starker Leitfähigkeit, auch als starke Elektrolyte bekannt. Starke Elektrolyte neigen dazu, anorganische Verbindungen zu sein, was bedeutet, dass ihnen Kohlenstoffatome fehlen. Organische Verbindungen oder kohlenstoffhaltige Verbindungen sind oft schwache Elektrolyte oder nicht leitend.
Verbindungen mit schwacher Leitfähigkeit
Verbindungen, die in Wasser nur teilweise dissoziieren, sind schwache Elektrolyte und schlechte Stromleiter. Essigsäure, die in Essig enthaltene Verbindung, ist ein schwacher Elektrolyt, da sie in Wasser nur geringfügig dissoziiert. Ammoniumhydroxid ist ein weiteres Beispiel für eine Verbindung mit schwacher Leitfähigkeit. Bei Verwendung anderer Lösungsmittel als Wasser ändert sich die ionische Dissoziation und damit die Stromtragfähigkeit. Die Ionisierung schwacher Elektrolyte nimmt normalerweise mit steigender Temperatur zu. Um die Leitfähigkeit verschiedener Wasserverbindungen zu vergleichen, verwenden Wissenschaftler die spezifische Leitfähigkeit. Die spezifische Leitfähigkeit ist ein Maß für die Leitfähigkeit einer Verbindung in Wasser bei einer bestimmten Temperatur, normalerweise 25 Grad Celsius. Der spezifische Leitwert wird in Einheiten von Siemens oder Mikrosiemens pro Zentimeter gemessen. Der Grad der Wasserverschmutzung kann durch die Messung des spezifischen Leitwertes bestimmt werden, da verschmutztes Wasser mehr Ionen enthält und mehr Leitwert erzeugen kann.
Nichtleitende Verbindungen
Verbindungen, die im Wasser keine Ionen produzieren, können keinen elektrischen Strom leiten. Zucker oder Saccharose ist ein Beispiel für eine Verbindung, die sich in Wasser auflöst, aber keine Ionen produziert. Die gelösten Saccharosemoleküle sind von Wassermolekülclustern umgeben und sollen „hydratisiert“ sein, bleiben aber ungeladen. Auch wasserunlösliche Verbindungen wie Calciumcarbonat haben keine Leitfähigkeit: Sie produzieren keine Ionen. Leitfähigkeit erfordert die Existenz geladener Teilchen.
Leitfähigkeit von Metallen
Die elektrische Leitfähigkeit erfordert die Bewegung geladener Teilchen. Bei Elektrolyten oder verflüssigten oder geschmolzenen ionischen Verbindungen werden positiv und negativ geladene Partikel erzeugt und können sich bewegen. In Metallen sind positive Metallionen in einer starren Gitter- oder Kristallstruktur angeordnet, die sich nicht bewegen kann. Aber die positiven Metallatome sind von Elektronenwolken umgeben, die frei herumlaufen können und einen elektrischen Strom tragen können. Eine Temperaturerhöhung bewirkt eine Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit, die im Gegensatz zur Leitfähigkeitserhöhung durch Elektrolyte unter ähnlichen Umständen steht.