L'acqua salata è l'esempio più noto di una soluzione ionica che conduce elettricità, ma capire perché ciò accade non è semplice come eseguire un esperimento casalingo sul fenomeno. Il motivo si riduce alla differenza tra legami ionici e legami covalenti, oltre a capire cosa succede quando gli ioni dissociati sono sottoposti a un campo elettrico.
In breve, composti ionici conducono elettricità nell'acqua perché si separano in ioni carichi, che vengono quindi attratti dall'elettrodo di carica opposta.
Un legame ionico vs. Un legame covalente
È necessario conoscere la differenza tra legami ionici e covalenti per comprendere meglio la conduttività elettrica dei composti ionici.
Legami covalenti si formano quando gli atomi condividono gli elettroni per completare i loro gusci esterni (di valenza). Ad esempio, l'idrogeno elementare ha uno "spazio" nel suo guscio elettronico esterno, quindi può legarsi in modo covalente con un altro atomo di idrogeno, condividendo entrambi i loro elettroni per riempire i loro gusci.
Un legame ionico funziona diversamente. Alcuni atomi, come il sodio, hanno uno o pochissimi elettroni nei loro gusci esterni. Altri atomi, come il cloro, hanno involucri esterni che necessitano solo di un altro elettrone per avere un guscio completo. L'elettrone in più in quel primo atomo può trasferirsi al secondo per riempire quell'altro guscio.
Tuttavia, i processi di perdere e ottenere elezioni creano uno squilibrio tra la carica nel nucleo e la carica da gli elettroni, dando all'atomo risultante una carica netta positiva (quando si perde un elettrone) o una carica netta negativa (quando si è guadagnato). Questi atomi carichi sono chiamati ioni e gli ioni con carica opposta possono essere attratti insieme per formare un legame ionico e una molecola elettricamente neutra, come NaCl o cloruro di sodio.
Nota come "cloro" cambia in "cloruro" quando diventa uno ione.
Dissociazione dei legami ionici
I legami ionici che tengono insieme molecole come il sale comune (cloruro di sodio) possono essere spezzati in alcune circostanze. Un esempio è quando sono sciolto in acqua; le molecole si "dissociano" nei loro ioni costituenti, che le riportano al loro stato di carica.
I legami ionici possono anche essere rotti se le molecole vengono fuse ad alta temperatura, che ha lo stesso effetto quando rimangono allo stato fuso.
Il fatto che uno di questi processi porti a una raccolta di ioni carichi è fondamentale per la conduttività elettrica dei composti ionici. Nei loro stati solidi legati, le molecole come il sale non conducono elettricità. Ma quando sono dissociati in una soluzione o attraverso la fusione, loro può portare una corrente. Questo perché gli elettroni non possono muoversi liberamente attraverso l'acqua (nello stesso modo in cui fanno in un filo conduttivo), ma gli ioni possono muoversi liberamente.
Quando viene applicata una corrente
Per applicare una corrente a una soluzione, vengono inseriti nel liquido due elettrodi, entrambi collegati a una batteria o a una fonte di carica. L'elettrodo caricato positivamente è chiamato anodo e l'elettrodo caricato negativamente è chiamato catodo. La batteria invia la carica agli elettrodi (nel modo più tradizionale coinvolgendo gli elettroni che si muovono attraverso a materiale solido conduttivo), e diventano distinte sorgenti di carica nel liquido, producendo un campo.
Gli ioni nella soluzione rispondono a questo campo elettrico in base alla loro carica. Gli ioni caricati positivamente (sodio in soluzione salina) sono attratti dal catodo e gli ioni caricati negativamente (ioni cloruro in soluzione salina) sono attratti dall'anodo. Questo movimento di particelle cariche è an corrente elettrica, perché la corrente è semplicemente il movimento di carica.
Quando gli ioni raggiungono i rispettivi elettrodi, acquisiscono o perdono elettroni per tornare al loro stato elementare. Per il sale dissociato, gli ioni sodio caricati positivamente si riuniscono al catodo e raccolgono elettroni dall'elettrodo, lasciandolo come sodio elementare.
Allo stesso tempo, gli ioni cloruro perdono il loro elettrone "extra" all'anodo, inviando elettroni nell'elettrodo per completare il circuito. Questo processo è il motivo per cui i composti ionici conducono l'elettricità nell'acqua.