Saltvann er det mest kjente eksemplet på en ionisk løsning som leder elektrisitet, men å forstå hvorfor dette skjer er ikke så enkelt som å utføre et hjemmeforsøk på fenomenet. Årsaken kommer til forskjellen mellom ionebindinger og kovalente bindinger, samt å forstå hva som skjer når dissosierte ioner utsettes for et elektrisk felt.
Kort oppsummert, ioniske forbindelser leder elektrisitet i vann fordi de skilles i ladede ioner, som deretter tiltrekkes av den motsatte ladede elektroden.
En ionisk obligasjon vs. En kovalent obligasjon
Du må vite forskjellen mellom ioniske og kovalente bindinger for å få en bedre forståelse av den elektriske ledningsevnen til ioniske forbindelser.
Kovalente bindinger dannes når atomer deler elektroner for å fullføre deres ytre (valens) skall. For eksempel har elementært hydrogen ett ”rom” i det ytre elektronskallet, slik at det kan binde kovalent med et annet hydrogenatom, hvor begge deler elektronene sine for å fylle skallene.
An ionisk binding fungerer annerledes. Noen atomer, som natrium, har en eller svært få elektroner i de ytre skallene. Andre atomer, som klor, har ytre skall som bare trenger ett elektron til for å ha et fullt skall. Det ekstra elektronet i det første atomet kan overføres til det andre for å fylle det andre skallet.
Prosessene med å tape og oppnå valg skaper imidlertid en ubalanse mellom ladningen i kjernen og ladningen fra elektronene, og gir det resulterende atomet en netto positiv ladning (når et elektron er tapt) eller en netto negativ ladning (når en er oppnådd). Disse ladede atomer kalles ioner, og motsatt ladede ioner kan tiltrekkes sammen for å danne en ionebinding og et elektrisk nøytralt molekyl, slik som NaCl eller natriumklorid.
Legg merke til hvordan "klor" endres til "klorid" når det blir et ion.
Dissosiasjon av ioniske obligasjoner
De ioniske bindingene som holder molekyler som vanlig salt (natriumklorid) sammen, kan brytes fra hverandre under noen omstendigheter. Et eksempel er når de er oppløst i vann; molekylene "dissosierer" seg i deres bestanddeler, som returnerer dem til sin ladede tilstand.
De ioniske bindingene kan også brytes hvis molekylene smelter under høy temperatur, noe som har samme effekt når de forblir i smeltet tilstand.
Det faktum at en av disse prosessene fører til en samling ladede ioner er sentralt i den elektriske ledningsevnen til ioniske forbindelser. I deres bundne, faste tilstander leder molekyler som salt ikke strøm. Men når de blir skilt i en løsning eller gjennom smelting, gjør de det kan bære en strøm. Dette er fordi elektroner ikke kan bevege seg fritt gjennom vann (på samme måte som de gjør i en ledende ledning), men ioner kan bevege seg fritt.
Når en strøm blir brukt
For å påføre en strøm på en løsning, settes to elektroder inn i væsken, begge festet til et batteri eller en ladekilde. Den positivt ladede elektroden kalles anoden, og den negativt ladede elektroden kalles katoden. Batteriet sender ladning til elektrodene (på den mer tradisjonelle måten som involverer elektroner som beveger seg gjennom en solid ledende materiale), og de blir forskjellige ladningskilder i væsken og produserer en elektrisk felt.
Ijonene i løsningen reagerer på dette elektriske feltet i henhold til ladningen. De positivt ladede ionene (natrium i en saltoppløsning) tiltrekkes av katoden og de negativt ladede ionene (kloridioner i en saltoppløsning) tiltrekkes av anoden. Denne bevegelsen av ladede partikler er en elektrisk strøm, fordi strøm er ganske enkelt bevegelse av ladning.
Når ionene når sine respektive elektroder, får de enten eller mister elektroner for å gå tilbake til deres elementære tilstand. For dissosiert salt samles de positivt ladede natriumionene ved katoden og henter elektroner fra elektroden, og etterlater den som elementært natrium.
Samtidig mister kloridionene sitt "ekstra" elektron ved anoden, og sender elektroner inn i elektroden for å fullføre kretsen. Denne prosessen er grunnen til at ioniske forbindelser leder strøm i vann.