מדוע תרכובות יוניות מוליכות חשמל במים?

מי מלח הם הדוגמה הידועה ביותר לפיתרון יוני המוליך חשמל, אך ההבנה מדוע זה קורה אינה פשוטה כמו ביצוע ניסוי ביתי בתופעה. הסיבה נובעת מההבדל בין קשרים יוניים לקשרים קוולנטיים, כמו גם הבנה מה קורה כאשר יונים מנותקים נתונים לשדה חשמלי.

בקצרה, תרכובות יוניות להוביל חשמל במים מכיוון שהם נפרדים ליונים טעונים, שנמשכים אז לאלקטרודה הטעונה הפוכה.

עליכם לדעת מה ההבדל בין קשרים יוניים לקוולנטיים כדי להבין טוב יותר את המוליכות החשמלית של תרכובות יוניות.

קשרים קוולנטיים נוצרים כאשר אטומים חולקים אלקטרונים כדי להשלים את הקליפות החיצוניות (הערכיות) שלהם. לדוגמא, למימן היסודי יש "חלל" אחד במעטפת האלקטרונים החיצונית שלו, כך שהוא יכול להיקשר קוולנטית עם אטום מימן אחר, כששניהם חולקים את האלקטרונים שלהם כדי למלא את קליפותיהם.

An קשר יוני עובד אחרת. בחלק מהאטומים, כמו נתרן, יש מעט אלקטרונים בקליפות החיצוניות שלהם. באטומים אחרים, כמו כלור, יש קליפות חיצוניות שרק זקוקות לאלקטרון אחד נוסף כדי שיהיה מעטפת מלאה. האלקטרון הנוסף באטום הראשון הזה יכול לעבור לשני כדי למלא את הקליפה האחרת.

עם זאת, תהליכי הפסד והשגת בחירות יוצרים חוסר איזון בין המטען בגרעין לבין המטען מ האלקטרונים, נותנים לאטום שהתקבל מטען חיובי נטו (כאשר אלקטרון הולך לאיבוד) או מטען שלילי נטו (כאשר אחד נמצא צבר). אטומים טעונים אלה נקראים יונים, ויונים טעונים הפוכים יכולים להימשך יחד ליצירת קשר יוני ומולקולה נייטרלית חשמלית, כגון NaCl, או נתרן כלורי.

שימו לב כיצד "כלור" משתנה ל"כלוריד "כשהוא הופך ליון.

את הקשרים היוניים השומרים על מולקולות כמו מלח רגיל (נתרן כלורי) יחד ניתן לפרק זה מזה בנסיבות מסוימות. דוגמה אחת היא כשהם מומס במים; המולקולות "מתנתקות" ליונים המרכיבים אותם, ומחזיר אותם למצבם הטעון.

הקשרים היוניים יכולים להישבר גם אם המולקולות נמסות בטמפרטורה גבוהה, מה שיש לו אותה השפעה כאשר הן נשארות במצב מותך.

העובדה ששני התהליכים הללו מובילים לאוסף של יונים טעונים היא מרכזית במוליכות החשמלית של תרכובות יוניות. במצבים הקשורים והמוצקים שלהם, מולקולות כמו מלח אינן מוליכות חשמל. אבל כאשר הם מתנתקים בפתרון או דרך התכה, הם פחית לשאת זרם. הסיבה לכך היא כי אלקטרונים אינם יכולים לנוע בחופשיות דרך מים (באותו אופן שהם עושים בחוט מוליך), אך יונים יכולים לנוע בחופשיות.

כדי להחיל זרם על פתרון, מוכנסות שתי אלקטרודות לנוזל, שתיהן מחוברות לסוללה או למקור טעינה. האלקטרודה הטעונה באופן חיובי נקראת האנודה, והאלקטרודה הטעונה שלילית נקראת הקתודה. הסוללה שולחת מטען לאלקטרודות (בדרך המסורתית יותר הכוללת אלקטרונים העוברים דרך a חומר מוליך מוצק), והם הופכים למקורות מטען מובחנים בנוזל, מייצרים חשמל שדה.

היונים בתמיסה מגיבים לשדה חשמלי זה בהתאם למטען שלהם. היונים הטעונים באופן חיובי (נתרן בתמיסת מלח) נמשכים לקתודה והיונים הטעונים השלילית (יוני כלוריד בתמיסת מלח) נמשכים לאנודה. תנועה זו של חלקיקים טעונים היא זרם חשמלי, כי הנוכחי הוא פשוט תנועת המטען.

כאשר היונים מגיעים לאלקטרודות שלהם, הם צוברים או מאבדים אלקטרונים כדי לחזור למצב היסודי שלהם. עבור מלח מנותק, יוני הנתרן הטעונים באופן חיובי מתאספים בקתודה ומרימים אלקטרונים מהאלקטרודה ומשאירים אותה כנתרן אלמנטרי.

במקביל, יוני הכלוריד מאבדים את האלקטרון ה"אקסטרה "שלהם באנודה, ושולחים אלקטרונים לאלקטרודה להשלמת המעגל. תהליך זה הוא הסיבה שתרכובות יוניות מוליכות חשמל במים.