Soolavesi on kõige tuntum näide ioonilahusest, mis juhib elektrit, kuid mõista, miks see juhtub, pole nii lihtne kui nähtusega kodus katsetada. Põhjus tuleneb erinevusest ioonsidemete ja kovalentsete sidemete vahel, samuti mõistetakse, mis juhtub, kui dissotsieerunud ioonid alluvad elektriväljale.
Lühidalt, ioonsed ühendid juhivad elektrit vees, kuna need eralduvad laetud ioonideks, mis seejärel tõmbuvad vastupidiselt laetud elektroodi külge.
Iooniline võlakiri vs. Kovalentne võlakiri
Iooniliste ühendite elektrijuhtivuse paremaks mõistmiseks peate teadma ioon- ja kovalentsete sidemete erinevust.
Kovalentsed sidemed tekivad siis, kui aatomid jagavad elektrone oma välimise (valents) kesta lõpuleviimiseks. Näiteks elementaarsel vesinikul on selle välises elektronkihis üks „ruum”, nii et see saab teise vesinikuaatomiga kovalentselt siduda, mõlemad jagades oma elektrone oma kestade täitmiseks.
An iooniline side töötab erinevalt. Mõne aatomi, näiteks naatriumi, väliskestades on üks või väga vähe elektrone. Teistel aatomitel, nagu klooril, on väliskestad, mis vajavad täiskesta saamiseks lihtsalt veel ühte elektroni. Selle esimese aatomi lisaelektron võib selle teise kesta täitmiseks üle kanda teise.
Kuid valimiste kaotamise ja võitmise protsessid loovad tasakaalu tuumas laengu ja laengu vahel elektronid, andes saadud aatomile positiivse netolaengu (kui elektron on kadunud) või negatiivse netolaengu (kui üks on saadud). Neid laetud aatomeid nimetatakse ioonideks ja vastupidiselt laetud ioone saab kokku meelitada, moodustades ioonse sideme ja elektriliselt neutraalse molekuli, näiteks NaCl või naatriumkloriidi.
Pange tähele, kuidas "kloor" muutub iooniks muutudes "kloriidiks".
Iooniliste sidemete eraldumine
Ioonisidemeid, mis hoiavad molekule nagu tavaline sool (naatriumkloriid) koos, võib teatud tingimustel purustada. Üks näide on see, millal nad on lahustatud vees; molekulid “dissotsieeruvad” oma moodustavateks ioonideks, mis viib nad tagasi laetud olekusse.
Ioonisidemeid saab purustada ka siis, kui molekulid sulatatakse kõrgel temperatuuril, millel on sama mõju, kui nad jäävad sula olekusse.
Asjaolu, et kumbki neist protsessidest viib laetud ioonide kogumiseni, on ioonühendite elektrijuhtivuse jaoks keskse tähtsusega. Seondunud tahkes olekus ei juhi sellised molekulid nagu sool elektrit. Aga kui nad lahuses või sulamise teel dissotsieeruvad, siis nad ka saab kandma voolu. Seda seetõttu, et elektronid ei saa vee kaudu vabalt liikuda (samamoodi nagu juhtivas traadis), kuid ioonid saavad vabalt liikuda.
Kui voolu rakendatakse
Lahusele voolu lisamiseks sisestatakse vedelikku kaks elektroodi, mõlemad kinnitatud aku või laadimisallika külge. Positiivselt laetud elektroodi nimetatakse anoodiks ja negatiivselt laetud elektroodi nimetatakse katoodiks. Aku saadab elektroodidele laadimist (traditsioonilisemal viisil, kaasates a tahke juhtiv materjal) ja need muutuvad vedelikus erinevateks laenguallikateks, tekitades elektrit valdkonnas.
Lahuses olevad ioonid reageerivad sellele elektriväljale vastavalt nende laengule. Positiivselt laetud ioonid (naatrium soolalahuses) meelitavad katoodi ja negatiivselt laetud ioonid (soolalahuses kloriidioonid) - anoodi. See laetud osakeste liikumine on elektrivool, sest vool on lihtsalt laengu liikumine.
Kui ioonid jõuavad vastavate elektroodideni, siis nad kas omandavad või kaotavad elektrone, et pöörduda tagasi oma elementaarsesse olekusse. Dissotsieerunud soola jaoks kogunevad positiivselt laetud naatriumioonid katoodi juurde ja võtavad elektroodilt elektronid, jättes selle elementnaatriumiks.
Samal ajal kaotavad kloriidioonid anoodil oma „ekstra” elektroni, saates elektronid vooluahela lõpuleviimiseks elektroodi. Selle protsessi tõttu juhivad ioonsed ühendid elektrit vees.