Kuinka määritetään johtavuus yhdisteissä

Virtaa johtavat yhdisteet pidetään yhdessä sähköstaattisten voimien tai vetovoiman välityksellä. Ne sisältävät positiivisesti varautuneen atomin tai molekyylin, jota kutsutaan kationiksi, ja negatiivisesti varautuneen atomin tai molekyylin, jota kutsutaan anioniksi. Kiinteässä tilassa nämä yhdisteet eivät johda sähköä, mutta veteen liuenneina ionit hajoavat ja voivat johtaa virtaa. Korkeissa lämpötiloissa, kun nämä yhdisteet muuttuvat nestemäisiksi, kationit ja anionit alkavat virrata ja voivat johtaa sähköä myös ilman vettä. Ei-ioniset yhdisteet tai yhdisteet, jotka eivät hajoa ioneiksi, eivät johda virtaa. Voit rakentaa yksinkertaisen piirin, jossa on lamppu indikaattorina vesipitoisten yhdisteiden johtokyvyn testaamiseksi. Tämän kokoonpanon testiyhdiste täydentää virtapiirin ja sytyttää hehkulampun, jos se pystyy johtamaan virtaa.

Helpoin tapa määrittää, pystyykö yhdiste johtamaan virtaa, on tunnistaa sen molekyylirakenne tai koostumus. Vahvan johtokyvyn omaavat yhdisteet hajoavat kokonaan varautuneiksi atomeiksi tai molekyyleiksi tai ioneiksi liuenneina veteen. Nämä ionit voivat liikkua ja kuljettaa virtaa tehokkaasti. Mitä suurempi ionien pitoisuus on, sitä suurempi on johtavuus. Pöytäsuola tai natriumkloridi on esimerkki yhdisteestä, jolla on vahva johtavuus. Se hajoaa positiivisesti varautuneiksi natrium- ja negatiivisesti varautuneiksi kloori-ioneiksi vedessä. Ammoniumsulfaatti, kalsiumkloridi, kloorivetyhappo, natriumhydroksidi, natriumfosfaatti ja sinkkinitraatti ovat muita esimerkkejä voimakkaasti johtavista yhdisteistä, jotka tunnetaan myös voimakkaina elektrolyytteinä. Vahvat elektrolyytit ovat yleensä epäorgaanisia yhdisteitä, mikä tarkoittaa, että niiltä puuttuu hiiliatomeja. Orgaaniset yhdisteet tai hiiltä sisältävät yhdisteet ovat usein heikkoja elektrolyyttejä tai eivät ole johtavia.

Yhdisteet, jotka dissosioituvat vain osittain vedessä, ovat heikkoja elektrolyyttejä ja huonoja sähkövirran johtimia. Etikkahappo, etikassa läsnä oleva yhdiste, on heikko elektrolyytti, koska se hajoaa vain vähän vedessä. Ammoniumhydroksidi on toinen esimerkki yhdisteestä, jolla on heikko johtavuus. Kun käytetään muita liuottimia kuin vettä, ioninen dissosiaatio ja siten kyky kuljettaa virtaa muuttuu. Heikojen elektrolyyttien ionisaatio lisääntyy yleensä lämpötilan noustessa. Eri yhdisteiden johtavuuden vertaamiseksi vedessä tutkijat käyttävät erityistä johtavuutta. Spesifinen johtavuus on yhdisteen johtokyvyn mitta vedessä tietyssä lämpötilassa, yleensä 25 astetta. Ominaisjohtavuus mitataan siemen- tai mikrosiemensiyksiköinä senttimetriä kohti. Veden pilaantumisen aste voidaan määrittää mittaamalla ominaisjohtavuus, koska saastunut vesi sisältää enemmän ioneja ja voi tuottaa enemmän johtavuutta.

Yhdisteet, jotka eivät tuota ioneja vedessä, eivät voi johtaa sähkövirtaa. Sokeri tai sakkaroosi on esimerkki yhdisteestä, joka liukenee veteen, mutta ei tuota ioneja. Liuenneita sakkaroosimolekyylejä ympäröivät vesimolekyyliryhmät ja niiden sanotaan olevan 'hydratoituneita', mutta ne pysyvät varauksettomina. Yhdisteillä, jotka eivät liukene veteen, kuten kalsiumkarbonaatilla, ei myöskään ole johtokykyä: ne eivät tuota ioneja. Johtavuus edellyttää varautuneiden hiukkasten olemassaoloa.

Sähkönjohtavuus vaatii varattujen hiukkasten liikkumista. Elektrolyyttien tai nesteytettyjen tai sulavien ioniyhdisteiden tapauksessa syntyy positiivisesti ja negatiivisesti varautuneita hiukkasia, jotka voivat liikkua. Metalleissa positiiviset metalli-ionit on järjestetty jäykkään ristikkoon tai kristallirakenteeseen, joka ei voi liikkua. Mutta positiivisia metalliatomeja ympäröivät elektronipilvet, jotka voivat liikkua vapaasti ja voivat kuljettaa sähkövirtaa. Lämpötilan nousu aiheuttaa sähkönjohtavuuden laskun, mikä on vastakohta elektrolyyttien johtokyvyn kasvulle vastaavissa olosuhteissa.