Πώς να προσδιορίσετε την αγωγιμότητα σε ενώσεις

Οι ενώσεις που διεξάγουν ρεύμα συγκρατούνται από ηλεκτροστατικές δυνάμεις ή έλξη. Περιέχουν ένα θετικά φορτισμένο άτομο ή μόριο, που ονομάζεται κατιόν, και ένα αρνητικά φορτισμένο άτομο ή μόριο, που ονομάζεται ανιόν. Στην στερεή τους κατάσταση, αυτές οι ενώσεις δεν αγωγούν ηλεκτρισμό, αλλά όταν διαλύονται σε νερό, τα ιόντα αποσυνδέονται και μπορούν να εκπέμψουν ρεύμα. Σε υψηλές θερμοκρασίες, όταν αυτές οι ενώσεις γίνουν υγρές, τα κατιόντα και τα ανιόντα αρχίζουν να ρέουν και μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρισμό ακόμη και απουσία νερού. Οι μη ιονικές ενώσεις ή ενώσεις που δεν διαχωρίζονται σε ιόντα, δεν έχουν ρεύμα. Μπορείτε να δημιουργήσετε ένα απλό κύκλωμα με μια λάμπα ως ένδειξη για να ελέγξετε την αγωγιμότητα των υδατικών ενώσεων. Η δοκιμαστική ένωση σε αυτήν τη ρύθμιση θα ολοκληρώσει το κύκλωμα και θα ανάψει τη λάμπα εάν μπορεί να εκπέμψει ρεύμα.

Ο ευκολότερος τρόπος για να προσδιοριστεί εάν μια ένωση μπορεί να προκαλέσει ρεύμα είναι να προσδιορίσει τη μοριακή δομή ή τη σύνθεσή της. Οι ενώσεις με ισχυρή αγωγιμότητα διαχωρίζονται πλήρως σε φορτισμένα άτομα ή μόρια ή ιόντα, όταν διαλύονται σε νερό. Αυτά τα ιόντα μπορούν να μετακινούνται και να μεταφέρουν αποτελεσματικά ένα ρεύμα. Όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση των ιόντων, τόσο μεγαλύτερη είναι η αγωγιμότητα. Το επιτραπέζιο άλας, ή το χλωριούχο νάτριο, είναι ένα παράδειγμα μιας ένωσης με ισχυρή αγωγιμότητα. Διαχωρίζεται σε θετικά φορτισμένο νάτριο και αρνητικά φορτισμένα ιόντα χλωρίου στο νερό. Θειικό αμμώνιο, χλωριούχο ασβέστιο, υδροχλωρικό οξύ, υδροξείδιο νατρίου, φωσφορικό νάτριο και νιτρικό ψευδάργυρο είναι άλλα παραδείγματα ενώσεων με ισχυρή αγωγιμότητα, επίσης γνωστά ως ισχυροί ηλεκτρολύτες. Οι ισχυροί ηλεκτρολύτες τείνουν να είναι ανόργανες ενώσεις, που σημαίνει ότι στερούνται ατόμων άνθρακα. Οι οργανικές ενώσεις ή ενώσεις που περιέχουν άνθρακα, είναι συχνά αδύναμοι ηλεκτρολύτες ή είναι μη αγώγιμοι.

Οι ενώσεις που διαχωρίζονται μόνο εν μέρει στο νερό είναι αδύναμοι ηλεκτρολύτες και κακοί αγωγοί ηλεκτρικού ρεύματος. Το οξικό οξύ, η ένωση που υπάρχει στο ξύδι, είναι ένας ασθενής ηλεκτρολύτης επειδή διαχωρίζεται ελαφρά μόνο στο νερό. Το υδροξείδιο του αμμωνίου είναι ένα άλλο παράδειγμα μιας ένωσης με ασθενή αγωγιμότητα. Όταν χρησιμοποιούνται διαλύτες διαφορετικοί από το νερό, η ιοντική απόσπαση, και συνεπώς η ικανότητα μεταφοράς ρεύματος, αλλάζει. Ο ιονισμός των ασθενών ηλεκτρολυτών συνήθως αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Για να συγκρίνουν την αγωγιμότητα διαφορετικών ενώσεων στο νερό, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν ειδική αγωγιμότητα. Η ειδική αγωγιμότητα είναι ένα μέτρο της αγωγιμότητας μιας ένωσης στο νερό σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, συνήθως 25 βαθμούς Κελσίου. Η ειδική αγωγιμότητα μετράται σε μονάδες siemens ή microsiemens ανά εκατοστό. Ο βαθμός ρύπανσης των υδάτων μπορεί να προσδιοριστεί μετρώντας τη συγκεκριμένη αγωγιμότητα, επειδή το μολυσμένο νερό περιέχει περισσότερα ιόντα και μπορεί να δημιουργήσει περισσότερη αγωγιμότητα.

Οι ενώσεις που δεν παράγουν ιόντα στο νερό δεν μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα. Η ζάχαρη, ή η σακχαρόζη, είναι ένα παράδειγμα μιας ένωσης που διαλύεται στο νερό αλλά δεν παράγει ιόντα. Τα διαλυμένα μόρια σακχαρόζης περιβάλλονται από συστάδες μορίων νερού και λέγεται ότι είναι «ενυδατωμένα» αλλά παραμένουν χωρίς φόρτιση. Οι ενώσεις που δεν είναι διαλυτές στο νερό, όπως το ανθρακικό ασβέστιο, επίσης δεν έχουν αγωγιμότητα: δεν παράγουν ιόντα. Η αγωγιμότητα απαιτεί την ύπαρξη φορτισμένων σωματιδίων.

Η ηλεκτρική αγωγιμότητα απαιτεί την κίνηση φορτισμένων σωματιδίων. Στην περίπτωση ηλεκτρολυτών ή υγροποιημένων ή λιωμένων ιοντικών ενώσεων, δημιουργούνται θετικά και αρνητικά φορτισμένα σωματίδια και μπορούν να κινούνται. Στα μέταλλα, τα θετικά μεταλλικά ιόντα είναι διατεταγμένα σε άκαμπτο πλέγμα ή κρυσταλλική δομή που δεν μπορεί να κινηθεί. Αλλά τα θετικά μεταλλικά άτομα περιβάλλονται από σύννεφα ηλεκτρονίων που είναι ελεύθερα να περιφέρονται και μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα. Η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί μείωση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας, η οποία έρχεται σε αντίθεση με την αύξηση της αγωγιμότητας από ηλεκτρολύτες υπό παρόμοιες συνθήκες.