El agua salada es el ejemplo más conocido de una solución iónica que conduce electricidad, pero comprender por qué sucede esto no es tan simple como realizar un experimento casero sobre el fenómeno. La razón se reduce a la diferencia entre enlaces iónicos y enlaces covalentes, así como a comprender qué sucede cuando los iones disociados se someten a un campo eléctrico.
En breve, Compuestos iónicos Conducen la electricidad en el agua porque se separan en iones cargados, que luego son atraídos por el electrodo de carga opuesta.
Un enlace iónico vs. Un enlace covalente
Necesita conocer la diferencia entre enlaces iónicos y covalentes para comprender mejor la conductividad eléctrica de los compuestos iónicos.
Enlaces covalentes se forman cuando los átomos comparten electrones para completar sus capas externas (valencia). Por ejemplo, el hidrógeno elemental tiene un "espacio" en su capa externa de electrones, por lo que puede unirse covalentemente con otro átomo de hidrógeno, y ambos comparten sus electrones para llenar sus capas.
Un enlace iónico funciona de manera diferente. Algunos átomos, como el sodio, tienen uno o muy pocos electrones en sus capas externas. Otros átomos, como el cloro, tienen capas externas que solo necesitan un electrón más para tener una capa completa. El electrón extra en ese primer átomo puede transferirse al segundo para llenar esa otra capa.
Sin embargo, los procesos de perder y ganar elecciones crean un desequilibrio entre el cargo en el núcleo y el cargo de electrones, dando al átomo resultante una carga neta positiva (cuando se pierde un electrón) o una carga neta negativa (cuando uno está ganado). Estos átomos cargados se denominan iones, y los iones cargados de manera opuesta se pueden atraer juntos para formar un enlace iónico y una molécula eléctricamente neutra, como NaCl o cloruro de sodio.
Observe cómo el "cloro" cambia a "cloruro" cuando se convierte en un ión.
Disociación de enlaces iónicos
Los enlaces iónicos que mantienen unidas moléculas como la sal común (cloruro de sodio) pueden romperse en algunas circunstancias. Un ejemplo es cuando están disuelto en agua; las moléculas se "disocian" en sus iones constituyentes, lo que las devuelve a su estado cargado.
Los enlaces iónicos también pueden romperse si las moléculas se funden a alta temperatura, lo que tiene el mismo efecto cuando permanecen en estado fundido.
El hecho de que cualquiera de estos procesos conduzca a una colección de iones cargados es fundamental para la conductividad eléctrica de los compuestos iónicos. En sus estados sólidos unidos, las moléculas como la sal no conducen la electricidad. Pero cuando se disocian en una solución o se derriten, lata llevar una corriente. Esto se debe a que los electrones no pueden moverse libremente a través del agua (de la misma manera que lo hacen en un cable conductor), pero los iones pueden moverse libremente.
Cuando se aplica una corriente
Para aplicar una corriente a una solución, se insertan dos electrodos en el líquido, ambos conectados a una batería o fuente de carga. El electrodo con carga positiva se llama ánodo y el electrodo con carga negativa se llama cátodo. La batería envía carga a los electrodos (de la forma más tradicional, en la que los electrones se mueven a través de un material conductor sólido), y se convierten en distintas fuentes de carga en el líquido, produciendo una electricidad campo.
Los iones de la solución responden a este campo eléctrico según su carga. Los iones cargados positivamente (sodio en una solución salina) son atraídos hacia el cátodo y los iones cargados negativamente (iones cloruro en una solución salina) son atraídos hacia el ánodo. Este movimiento de partículas cargadas es un corriente eléctrica, porque la corriente es simplemente el movimiento de carga.
Cuando los iones alcanzan sus respectivos electrodos, ganan o pierden electrones para volver a su estado elemental. Para la sal disociada, los iones de sodio cargados positivamente se congregan en el cátodo y recogen electrones del electrodo, dejándolo como sodio elemental.
Al mismo tiempo, los iones de cloruro pierden su electrón "extra" en el ánodo, enviando electrones al electrodo para completar el circuito. Este proceso es la razón por la que los compuestos iónicos conducen la electricidad en el agua.