Sālsūdens ir vispazīstamākais jonu šķīduma piemērs, kas vada elektrību, taču saprast, kāpēc tas notiek, nav tik vienkārši, kā veikt mājas eksperimentu ar šo parādību. Iemesls ir atšķirība starp jonu saitēm un kovalentajām saitēm, kā arī izpratne par to, kas notiek, kad disociētos jonus pakļauj elektriskajam laukam.
Īsumā, jonu savienojumi vadīt elektrību ūdenī, jo tie atdalās lādētos jonos, kurus pēc tam piesaista pretēji lādēts elektrods.
Joniskā obligācija vs. Kovalentā obligācija
Lai labāk izprastu jonu savienojumu elektrisko vadītspēju, jums jāzina atšķirība starp jonu un kovalentajām saitēm.
Kovalentās saites veidojas, kad atomiem ir kopīgi elektroni, lai pabeigtu to ārējās (valences) čaulas. Piemēram, elementārā ūdeņraža ārējā elektronu apvalkā ir viena “telpa”, tāpēc tā var kovalenti saistīties ar citu ūdeņraža atomu, abiem daloties savos elektronos, lai aizpildītu čaulas.
An jonu saite darbojas savādāk. Dažu atomu, piemēram, nātrija, ārējos apvalkos ir viens vai ļoti maz elektronu. Citiem atomiem, piemēram, hloram, ir ārējie apvalki, kuriem ir vajadzīgs tikai vēl viens elektrons, lai būtu pilnīgs apvalks. Papildelektrons šajā pirmajā atomā var pāriet uz otro, lai aizpildītu šo otru apvalku.
Tomēr vēlēšanu zaudēšanas un iegūšanas procesi rada nelīdzsvarotību starp lādiņu kodolā un lādiņu no elektroni, dodot iegūtajam atomam neto pozitīvo lādiņu (kad pazūd elektrons) vai neto negatīvo lādiņu (kad viens ir iegūts). Šos uzlādētos atomus sauc par joniem, un pretēji lādētos jonus var kopā piesaistīt, veidojot jonu saiti un elektriski neitrālu molekulu, piemēram, NaCl vai nātrija hlorīdu.
Ievērojiet, kā "hlors" kļūst par "hlorīdu", kad tas kļūst par jonu.
Jonisko saišu disociācija
Jonu saites, kas satur molekulas, piemēram, parasto sāli (nātrija hlorīdu), dažos gadījumos var sadalīt. Viens piemērs ir tas, kad viņi ir izšķīdina ūdenī; molekulas “disociējas” to sastāvā esošajos jonos, kas tos atgriež lādētajā stāvoklī.
Jonu saites var noārdīties arī tad, ja molekulas tiek izkausētas augstā temperatūrā, kam ir tāda pati ietekme, kad tās paliek izkausētā stāvoklī.
Fakts, ka kāds no šiem procesiem noved pie lādētu jonu savākšanas, ir būtisks jonu savienojumu elektrovadītspējai. Molekulās, piemēram, sāls, savienotajos cietajos stāvokļos nevada elektrību. Bet, kad viņi disociējas šķīdumā vai kausējot, viņi var nest strāvu. Tas ir tāpēc, ka elektroni nevar brīvi pārvietoties pa ūdeni (tāpat kā vadošā vadā), bet joni var brīvi pārvietoties.
Kad tiek lietota strāva
Lai šķīdumam pievienotu strāvu, šķidrumā tiek ievietoti divi elektrodi, abi piestiprināti pie akumulatora vai uzlādes avota. Pozitīvi lādēto elektrodu sauc par anodu, un negatīvi lādēto elektrodu - par katodu. Akumulators nosūta uzlādi uz elektrodiem (tradicionālākā veidā iesaistot elektronus, kas pārvietojas pa a ciets vadošs materiāls), un tie kļūst par atšķirīgiem šķidruma lādēšanas avotiem, radot elektrisko laukā.
Šķīdumā esošie joni reaģē uz šo elektrisko lauku atbilstoši to lādiņam. Pozitīvi lādētos jonus (nātriju sāls šķīdumā) piesaista katods, un negatīvi lādētos jonus (hlorīda jonus sāls šķīdumā) piesaista anods. Šī uzlādēto daļiņu kustība ir elektriskā strāva, jo strāva ir vienkārši lādiņa kustība.
Kad joni sasniedz attiecīgos elektrodus, tie vai nu iegūst, vai zaudē elektronus, lai atgrieztos to elementārajā stāvoklī. Disociētam sālim pozitīvi lādētie nātrija joni pulcējas pie katoda un paņem elektronus no elektroda, atstājot to kā elementāru nātriju.
Tajā pašā laikā hlorīda joni anodā zaudē savu “papildu” elektronu, elektrodu nosūtot elektrodā, lai pabeigtu ķēdi. Šis process ir iemesls, kāpēc jonu savienojumi elektrību vada ūdenī.