Το αλμυρό νερό είναι το πιο γνωστό παράδειγμα ιοντικής λύσης που μεταφέρει ηλεκτρική ενέργεια, αλλά η κατανόηση του γιατί συμβαίνει αυτό δεν είναι τόσο απλή όσο η πραγματοποίηση οικιακού πειράματος για το φαινόμενο. Ο λόγος οφείλεται στη διαφορά μεταξύ ιοντικών δεσμών και ομοιοπολικών δεσμών, καθώς και στην κατανόηση του τι συμβαίνει όταν τα αποσυνδεδεμένα ιόντα υποβάλλονται σε ηλεκτρικό πεδίο.
Εν συντομία, ιοντικές ενώσεις αγωγός ηλεκτρισμού στο νερό επειδή διαχωρίζονται σε φορτισμένα ιόντα, τα οποία στη συνέχεια προσελκύονται στο αντίθετα φορτισμένο ηλεκτρόδιο.
Ένα ιωνικό ομόλογο εναντίον Ένα ομοιοπολικό δεσμό
Πρέπει να γνωρίζετε τη διαφορά μεταξύ ιοντικών και ομοιοπολικών δεσμών για να κατανοήσετε καλύτερα την ηλεκτρική αγωγιμότητα των ιοντικών ενώσεων.
Ομοιοπολικούς δεσμούς σχηματίζονται όταν τα άτομα μοιράζονται ηλεκτρόνια για να ολοκληρώσουν τα εξωτερικά τους (σθένα) κελύφη τους. Για παράδειγμα, το στοιχειακό υδρογόνο έχει ένα «διάστημα» στο εξωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων του, οπότε μπορεί να συνδεθεί ομοιοπολικά με ένα άλλο άτομο υδρογόνου, και οι δύο μοιράζονται τα ηλεκτρόνια τους για να γεμίσουν τα κελύφη τους.
Ενα ιοντικός δεσμός λειτουργεί διαφορετικά. Μερικά άτομα, όπως το νάτριο, έχουν ένα ή πολύ λίγα ηλεκτρόνια στα εξωτερικά τους κελύφη. Άλλα άτομα, όπως το χλώριο, έχουν εξωτερικά κελύφη που χρειάζονται ένα ακόμη ηλεκτρόνιο για να έχουν ένα πλήρες κέλυφος. Το επιπλέον ηλεκτρόνιο σε αυτό το πρώτο άτομο μπορεί να μεταφερθεί στο δεύτερο για να γεμίσει αυτό το άλλο κέλυφος.
Ωστόσο, οι διαδικασίες της απώλειας και της απόκτησης εκλογών δημιουργούν μια ανισορροπία μεταξύ της επιβάρυνσης στον πυρήνα και της χρέωσης από τα ηλεκτρόνια, δίνοντας στο προκύπτον άτομο ένα καθαρό θετικό φορτίο (όταν ένα ηλεκτρόνιο χάνεται) ή ένα καθαρό αρνητικό φορτίο (όταν ένα είναι κέρδισε). Αυτά τα φορτισμένα άτομα ονομάζονται ιόντα και τα αντίθετα φορτισμένα ιόντα μπορούν να έλκονται μαζί για να σχηματίσουν έναν ιοντικό δεσμό και ένα ηλεκτρικά ουδέτερο μόριο, όπως NaCl ή χλωριούχο νάτριο.
Σημειώστε πώς το "χλώριο" αλλάζει σε "χλωρίδιο" όταν γίνεται ιόν.
Διαχωρισμός Ιονικών Ομολόγων
Οι ιοντικοί δεσμοί που κρατούν μόρια όπως το κοινό άλας (χλωριούχο νάτριο) μαζί μπορούν να διαχωριστούν σε ορισμένες περιπτώσεις. Ένα παράδειγμα είναι όταν είναι διαλυμένο σε νερό; τα μόρια «διαχωρίζονται» στα συστατικά τους ιόντα, τα οποία τα επιστρέφουν στη φορτισμένη τους κατάσταση.
Οι ιοντικοί δεσμοί μπορούν επίσης να σπάσουν εάν τα μόρια τήκονται υπό υψηλή θερμοκρασία, η οποία έχει το ίδιο αποτέλεσμα όταν παραμένουν σε λιωμένη κατάσταση.
Το γεγονός ότι οποιαδήποτε από αυτές τις διεργασίες οδηγεί σε συλλογή φορτισμένων ιόντων έχει κεντρική σημασία για την ηλεκτρική αγωγιμότητα των ιοντικών ενώσεων. Στις συνδεδεμένες, στερεές καταστάσεις τους, μόρια όπως το αλάτι δεν μεταφέρουν ηλεκτρισμό. Αλλά όταν αποσυνδέονται σε μια λύση ή μέσω τήξης, αυτοί μπορώ μεταφέρετε ένα ρεύμα. Αυτό συμβαίνει επειδή τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να κινούνται ελεύθερα μέσω νερού (με τον ίδιο τρόπο που κάνουν σε ένα αγώγιμο σύρμα), αλλά τα ιόντα μπορούν να κινούνται ελεύθερα.
Όταν εφαρμόζεται ρεύμα
Για να εφαρμόσετε ένα ρεύμα σε ένα διάλυμα, δύο ηλεκτρόδια εισάγονται στο υγρό, και τα δύο συνδέονται με μια μπαταρία ή πηγή φόρτισης. Το θετικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο ονομάζεται άνοδος και το αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο ονομάζεται κάθοδος. Η μπαταρία στέλνει φόρτιση στα ηλεκτρόδια (με τον πιο παραδοσιακό τρόπο που περιλαμβάνει ηλεκτρόνια που κινούνται μέσω α στερεό αγώγιμο υλικό), και γίνονται ξεχωριστές πηγές φόρτισης στο υγρό, παράγοντας ηλεκτρικό πεδίο.
Τα ιόντα της λύσης ανταποκρίνονται σε αυτό το ηλεκτρικό πεδίο ανάλογα με το φορτίο τους. Τα θετικά φορτισμένα ιόντα (νάτριο σε διάλυμα άλατος) προσελκύονται στην κάθοδο και τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα (χλωριούχα ιόντα σε διάλυμα αλατιού) έλκονται στην άνοδο. Αυτή η κίνηση φορτισμένων σωματιδίων είναι μια ηλεκτρικό ρεύμα, επειδή το ρεύμα είναι απλώς η κίνηση φόρτισης.
Όταν τα ιόντα φθάνουν στα αντίστοιχα ηλεκτρόδια τους, είτε κερδίζουν είτε χάνουν ηλεκτρόνια για να επανέλθουν στη στοιχειακή τους κατάσταση. Για διαχωρισμένο άλας, τα θετικά φορτισμένα ιόντα νατρίου συγκεντρώνονται στην κάθοδο και συλλέγουν ηλεκτρόνια από το ηλεκτρόδιο, αφήνοντάς το ως στοιχειακό νάτριο.
Ταυτόχρονα, τα ιόντα χλωρίου χάνουν το «επιπλέον» ηλεκτρόνιο τους στην άνοδο, στέλνοντας ηλεκτρόνια στο ηλεκτρόδιο για να ολοκληρώσουν το κύκλωμα. Αυτή η διαδικασία είναι ο λόγος για τον οποίο οι ιονικές ενώσεις μεταφέρουν ηλεκτρισμό στο νερό.