Druskingas vanduo yra žinomiausias joninį tirpalą, kuris praleidžia elektrą, pavyzdys, tačiau suprasti, kodėl taip atsitinka, nėra taip paprasta, kaip atlikti namų eksperimentą su šiuo reiškiniu. Priežastis paaiškėja skirtumu tarp joninių ir kovalentinių ryšių, taip pat suprantama, kas atsitinka, kai disocijuoti jonai patenka į elektrinį lauką.
Trumpai tariant, joniniai junginiai veda elektrą vandenyje, nes jie išsiskiria į įelektrintus jonus, kuriuos vėliau traukia priešingai įkrautas elektrodas.
Joninių obligacijų vs. Kovalentinė obligacija
Norėdami geriau suprasti joninių junginių elektrinį laidumą, turite žinoti skirtumą tarp joninių ir kovalentinių jungčių.
Kovalentiniai ryšiai susidaro, kai atomai dalijasi elektronais, kad užbaigtų savo išorinius (valentinius) apvalkalus. Pavyzdžiui, elementinis vandenilis turi vieną „erdvę“ savo išoriniame elektronų apvalkale, todėl jis gali kovalentiškai susijungti su kitu vandenilio atomu, abu dalindamiesi savo elektronais, kad užpildytų savo apvalkalus.
An joninis ryšys veikia kitaip. Kai kurių atomų, pavyzdžiui, natrio, išoriniuose apvalkaluose yra vienas arba labai nedaug elektronų. Kiti atomai, pavyzdžiui, chloras, turi išorinius apvalkalus, kuriems tereikia dar vieno elektrono, kad būtų visas apvalkalas. Papildomas elektronas tame pirmajame atome gali persikelti į antrąjį, kad užpildytų tą kitą apvalkalą.
Tačiau rinkimų pralaimėjimo ir laimėjimo procesai sukuria disbalansą tarp branduolio krūvio ir krūvio iš elektronai, suteikiantys gaunamam atomui grynąjį teigiamą krūvį (kai elektronas prarandamas) arba grynąjį neigiamą krūvį (kai vienas yra įgijo). Šie įelektrinti atomai vadinami jonais, o priešingai įkrautus jonus galima pritraukti kartu, kad susidarytų joninis ryšys ir elektriniu požiūriu neutrali molekulė, tokia kaip NaCl arba natrio chloridas.
Atkreipkite dėmesį, kaip „chloras“ tampa „chloru“, kai jis tampa jonu.
Joninių obligacijų atsiribojimas
Joninės jungtys, kurios kartu palaiko tokias molekules kaip paprastoji druska (natrio chloridas), gali suskaidyti. Vienas pavyzdžių - kada jie yra ištirpinta vandenyje; molekulės „atsiriboja“ į savo sudedamuosius jonus, o tai grąžina juos į įkrovos būseną.
Joninės jungtys taip pat gali nutrūkti, jei molekulės ištirpsta aukštoje temperatūroje, o tai turi tą patį poveikį, kai jos lieka išlydytos.
Tai, kad kuris nors iš šių procesų veda į įkrautų jonų rinkinį, yra pagrindinis joninių junginių elektrinio laidumo elementas. Esant sujungtoms kietosioms būsenoms, tokios molekulės kaip druska nevaldo elektros. Bet kai jie atsiriboja tirpale ar tirpstant, jie gali nešti srovę. Taip yra dėl to, kad elektronai negali laisvai judėti per vandenį (taip pat, kaip ir laidžioje vieloje), tačiau jonai gali laisvai judėti.
Kai naudojama srovė
Norint, kad tirpalas būtų srovė, į skystį įkišami du elektrodai, abu pritvirtinti prie akumuliatoriaus ar įkrovimo šaltinio. Teigiamai įkrautas elektrodas vadinamas anodu, o neigiamai įkrautas - katodu. Baterija siunčia elektrodų įkrovą (tradiciškesniu būdu įtraukiant elektronus, judančius per a kieta laidži medžiaga), ir jie tampa atskirais skysčio krūvio šaltiniais, gaminančiais elektrą srityje.
Tirpale esantys jonai reaguoja į šį elektrinį lauką pagal savo krūvį. Teigiamai įkrautus jonus (natrio druskos tirpale) pritraukia katodas, o neigiamai įkrautus jonus (chlorido jonus druskos tirpale) - anodas. Šis įkrautų dalelių judėjimas yra elektros srovė, nes srovė yra tiesiog krūvio judėjimas.
Kai jonai pasiekia atitinkamus elektrodus, jie arba įgyja, arba praranda elektronus, kad grįžtų į savo elementinę būseną. Atsiskyrusiai druskai teigiamai įkrauti natrio jonai susirenka prie katodo ir paima iš elektrodo elektronus, palikdami jį kaip elementinį natrį.
Tuo pačiu metu chlorido jonai anode praranda „papildomą“ elektroną, siunčiantys elektronus į elektrodą, kad užbaigtų grandinę. Šis procesas yra tas, kodėl joniniai junginiai vandenyje praleidžia elektrą.