Suolavesi on tunnetuin esimerkki sähköä johtavasta ioniliuoksesta, mutta sen ymmärtäminen, miksi näin tapahtuu, ei ole yhtä yksinkertaista kuin suorittaa kotikokeilu ilmiölle. Syy tulee eroon ionisidosten ja kovalenttisten sidosten välillä sekä sen ymmärtämiseen, mitä tapahtuu, kun dissosioituneet ionit altistetaan sähkökentälle.
Lyhyesti, ioniset yhdisteet johtaa sähköä vedessä, koska ne erottuvat varautuneiksi ioneiksi, jotka sitten vetävät vastakkaisesti varautuneeseen elektrodiin.
Ionic Bond vs. Kovalenttinen joukkovelkakirjalaina
Sinun on tiedettävä ero ionisten ja kovalenttisten sidosten välillä saadaksesi paremman käsityksen ionisten yhdisteiden sähkönjohtavuudesta.
Kovalenttiset sidokset muodostuvat, kun atomit jakavat elektroneja täydentääkseen ulkokuorensa (valenssi). Esimerkiksi alkuaineen vedyllä on yksi "tila" sen ulommassa elektronikuoressa, joten se voi sitoutua kovalenttisesti toisen vetyatomin kanssa, molemmat jakamalla elektroninsa täyttääkseen kuorensa.
An ionisidos toimii eri tavalla. Joidenkin atomien, kuten natriumin, ulkokuorissa on yksi tai hyvin vähän elektroneja. Muilla atomeilla, kuten kloorilla, on ulkokuoret, jotka tarvitsevat vain yhden elektronin lisää saadakseen täyden kuoren. Ensimmäisen atomin ylimääräinen elektroni voi siirtyä toiseen täyttämään toisen kuoren.
Vaalien häviäminen ja saaminen luovat kuitenkin epätasapainon ytimessä olevan varauksen ja siitä peräisin olevan varauksen välillä elektronit, jolloin tuloksena olevalle atomille saadaan positiivinen nettovaraus (kun elektroni menetetään) tai negatiivinen nettovaraus (kun yksi on saatu). Näitä varautuneita atomeja kutsutaan ioneiksi, ja vastakkaisesti varautuneet ionit voidaan vetää yhteen muodostaen ionisidoksen ja sähköisesti neutraalin molekyylin, kuten NaCl tai natriumkloridi.
Huomaa, kuinka "kloori" muuttuu "kloridiksi", kun siitä tulee ioni.
Ionisten sidosten dissosiaatio
Ionisidokset, jotka pitävät molekyylit kuten tavallinen suola (natriumkloridi) yhdessä, voidaan hajottaa joissakin olosuhteissa. Yksi esimerkki on, milloin he ovat liuotettu veteen; molekyylit "dissosioituvat" muodostaviin ioneihinsa, mikä palauttaa ne varautuneeseen tilaansa.
Ionisidokset voivat hajota myös, jos molekyylit sulatetaan korkeassa lämpötilassa, jolla on sama vaikutus, kun ne pysyvät sulassa tilassa.
Se, että jompikumpi näistä prosesseista johtaa varautuneiden ionien kokoelmaan, on keskeinen ioniyhdisteiden sähkönjohtavuuden kannalta. Suolan kaltaiset molekyylit eivät johda sitoutuneissa kiinteissä oloissa sähköä. Mutta kun he dissosioituvat liuoksessa tai sulamisen kautta, he voi kuljettaa virtaa. Tämä johtuu siitä, että elektronit eivät voi liikkua vapaasti veden läpi (samalla tavalla kuin johtavassa johtimessa), mutta ionit voivat liikkua vapaasti.
Kun virtaa käytetään
Virran lisäämiseksi liuokseen työnnetään kaksi elektrodia nesteeseen, molemmat kiinnitettynä akkuun tai latauslähteeseen. Positiivisesti varautunutta elektrodia kutsutaan anodiksi ja negatiivisesti varautunutta elektrodia kutsutaan katodiksi. Akku lähettää varauksen elektrodeille (perinteisemmällä tavalla, kun elektronit liikkuvat a: n läpi kiinteä johtava materiaali), ja niistä tulee erillisiä varauksen lähteitä nesteessä, mikä tuottaa sähköä ala.
Liuoksessa olevat ionit reagoivat tähän sähkökenttään varauksensa mukaan. Positiivisesti varautuneet ionit (natrium suolaliuoksessa) houkuttelevat katodiin ja negatiivisesti varautuneet ionit (kloridi-ionit suolaliuoksessa) houkuttelevat anodiin. Tämä varattujen hiukkasten liike on sähkövirta, koska virta on yksinkertaisesti varauksen liike.
Kun ionit saavuttavat vastaavan elektrodinsa, ne joko hankkivat tai menettävät elektroneja palatakseen alkutilaansa. Dissosioituneelle suolalle positiivisesti varautuneet natriumionit kokoontuvat katodiin ja poimivat elektroneja elektrodista, jättäen sen alkuaalinatriumiksi.
Samanaikaisesti kloridi-ionit menettävät “ylimääräisen” elektroninsa anodissa lähettämällä elektroneja elektrodiin piirin täydentämiseksi. Tämän prosessin vuoksi ioniset yhdisteet johtavat sähköä vedessä.