Come determinare la conduttività nei composti

I composti che conducono una corrente sono tenuti insieme da forze elettrostatiche o attrazione. Contengono un atomo o una molecola con carica positiva, chiamato catione, e un atomo o molecola con carica negativa, chiamato anione. Allo stato solido, questi composti non conducono elettricità, ma quando disciolti in acqua, gli ioni si dissociano e possono condurre una corrente. Ad alte temperature, quando questi composti diventano liquidi, i cationi e gli anioni iniziano a fluire e possono condurre elettricità anche in assenza di acqua. I composti non ionici, o composti che non si dissociano in ioni, non conducono corrente. Puoi costruire un semplice circuito con una lampadina come indicatore per testare la conduttività dei composti acquosi. Il composto di prova in questa configurazione completerà il circuito e accenderà la lampadina se può condurre una corrente.

Il modo più semplice per determinare se un composto può condurre una corrente è identificare la sua struttura o composizione molecolare. I composti con forte conduttività si dissociano completamente in atomi o molecole carichi, o ioni, quando disciolti in acqua. Questi ioni possono muoversi e trasportare una corrente in modo efficace. Maggiore è la concentrazione di ioni, maggiore è la conduttività. Il sale da cucina, o cloruro di sodio, è un esempio di un composto con una forte conduttività. Si dissocia in ioni di sodio con carica positiva e ioni di cloro con carica negativa in acqua. Solfato di ammonio, cloruro di calcio, acido cloridrico, idrossido di sodio, fosfato di sodio e nitrato di zinco sono altri esempi di composti con forte conduttività, noti anche come elettroliti forti. Gli elettroliti forti tendono ad essere composti inorganici, il che significa che mancano di atomi di carbonio. I composti organici, o composti contenenti carbonio, sono spesso elettroliti deboli o non conduttivi.

I composti che si dissociano solo parzialmente in acqua sono elettroliti deboli e cattivi conduttori di una corrente elettrica. L'acido acetico, il composto presente nell'aceto, è un elettrolita debole perché si dissocia solo leggermente in acqua. L'idrossido di ammonio è un altro esempio di un composto con debole conduttività. Quando vengono utilizzati solventi diversi dall'acqua, la dissociazione ionica, e quindi la capacità di trasportare corrente, viene modificata. La ionizzazione degli elettroliti deboli di solito aumenta con l'aumento della temperatura. Per confrontare la conduttività di diversi composti nell'acqua, gli scienziati utilizzano una conduttanza specifica. La conduttanza specifica è una misura della conduttività di un composto in acqua a una temperatura specifica, solitamente 25 gradi Celsius. La conduttanza specifica viene misurata in unità di Siemens o microsiemens per centimetro. Il grado di inquinamento dell'acqua può essere determinato misurando la conduttanza specifica, perché l'acqua inquinata contiene più ioni e può generare più conduttanza.

I composti che non producono ioni nell'acqua non possono condurre una corrente elettrica. Lo zucchero, o saccarosio, è un esempio di un composto che si dissolve in acqua ma non produce ioni. Le molecole di saccarosio disciolte sono circondate da gruppi di molecole d'acqua e si dice che siano "idratate" ma rimangono scariche. Anche i composti non solubili in acqua, come il carbonato di calcio, non hanno conduttività: non producono ioni. La conduttività richiede l'esistenza di particelle cariche.

La conduttività elettrica richiede il movimento di particelle cariche. Nel caso di elettroliti o composti ionici liquefatti o fusi, vengono generate particelle cariche positivamente e negativamente e possono muoversi. Nei metalli, gli ioni metallici positivi sono disposti in un reticolo rigido o in una struttura cristallina che non può muoversi. Ma gli atomi di metallo positivi sono circondati da nuvole di elettroni che sono liberi di vagare e possono trasportare una corrente elettrica. Un aumento della temperatura provoca una diminuzione della conduttività elettrica, che contrasta con l'aumento della conduttività da parte degli elettroliti in circostanze simili.