L'eau salée est l'exemple le plus connu d'une solution ionique qui conduit l'électricité, mais comprendre pourquoi cela se produit n'est pas aussi simple que d'effectuer une expérience à domicile sur le phénomène. La raison se résume à la différence entre les liaisons ioniques et les liaisons covalentes, ainsi qu'à comprendre ce qui se passe lorsque des ions dissociés sont soumis à un champ électrique.
En bref, composés ioniques conduire l'électricité dans l'eau car ils se séparent en ions chargés, qui sont ensuite attirés par l'électrode de charge opposée.
Un lien ionique vs. Une liaison covalente
Vous devez connaître la différence entre les liaisons ioniques et covalentes pour mieux comprendre la conductivité électrique des composés ioniques.
Des liaisons covalentes se forment lorsque les atomes partagent des électrons pour compléter leurs couches externes (valence). Par exemple, l'hydrogène élémentaire a un « espace » dans sa couche externe d'électrons, il peut donc se lier de manière covalente avec un autre atome d'hydrogène, les deux partageant leurs électrons pour remplir leurs couches.
Un liaison ionique fonctionne différemment. Certains atomes, comme le sodium, ont un ou très peu d'électrons dans leur enveloppe externe. D'autres atomes, comme le chlore, ont des enveloppes externes qui n'ont besoin que d'un électron de plus pour avoir une enveloppe complète. L'électron supplémentaire dans ce premier atome peut être transféré au second pour remplir cette autre couche.
Cependant, les processus de perdre et de gagner des élections créent un déséquilibre entre la charge dans le noyau et la charge de les électrons, donnant à l'atome résultant une charge positive nette (quand un électron est perdu) ou une charge négative nette (quand on est gagné). Ces atomes chargés sont appelés ions, et les ions chargés de manière opposée peuvent être attirés ensemble pour former une liaison ionique et une molécule électriquement neutre, comme le NaCl ou le chlorure de sodium.
Notez comment le "chlore" se transforme en "chlorure" lorsqu'il devient un ion.
Dissociation des liaisons ioniques
Les liaisons ioniques qui maintiennent les molécules comme le sel commun (chlorure de sodium) ensemble peuvent être rompues dans certaines circonstances. Un exemple est quand ils sont dissous dans l'eau; les molécules se « dissocient » en leurs ions constitutifs, ce qui les ramène à leur état chargé.
Les liaisons ioniques peuvent également être rompues si les molécules sont fondues à haute température, ce qui a le même effet lorsqu'elles restent à l'état fondu.
Le fait que l'un ou l'autre de ces processus conduise à une collection d'ions chargés est essentiel à la conductivité électrique des composés ioniques. Dans leurs états solides liés, les molécules comme le sel ne conduisent pas l'électricité. Mais lorsqu'ils sont dissociés dans une solution ou par fusion, ils pouvez transporter un courant. En effet, les électrons ne peuvent pas se déplacer librement dans l'eau (de la même manière qu'ils le font dans un fil conducteur), mais les ions peuvent se déplacer librement.
Lorsqu'un courant est appliqué
Pour appliquer un courant à une solution, deux électrodes sont insérées dans le liquide, toutes deux reliées à une batterie ou à une source de charge. L'électrode chargée positivement est appelée anode et l'électrode chargée négativement est appelée cathode. La batterie envoie une charge aux électrodes (de manière plus traditionnelle impliquant des électrons se déplaçant à travers un matériau conducteur solide), et ils deviennent des sources de charge distinctes dans le liquide, produisant un domaine.
Les ions de la solution répondent à ce champ électrique en fonction de leur charge. Les ions chargés positivement (sodium dans une solution saline) sont attirés par la cathode et les ions chargés négativement (ions chlorure dans une solution saline) sont attirés par l'anode. Ce mouvement de particules chargées est un courant électrique, car le courant est simplement le mouvement de la charge.
Lorsque les ions atteignent leurs électrodes respectives, ils gagnent ou perdent des électrons pour revenir à leur état élémentaire. Pour le sel dissocié, les ions sodium chargés positivement se rassemblent à la cathode et captent les électrons de l'électrode, le laissant sous forme de sodium élémentaire.
Dans le même temps, les ions chlorure perdent leur électron « supplémentaire » à l'anode, envoyant des électrons dans l'électrode pour compléter le circuit. Ce processus est la raison pour laquelle les composés ioniques conduisent l'électricité dans l'eau.
