Jak określić przewodność w związkach?

Związki przewodzące prąd są utrzymywane razem przez siły elektrostatyczne lub przyciąganie. Zawierają dodatnio naładowany atom lub cząsteczkę, zwaną kationem, oraz ujemnie naładowany atom lub cząsteczkę, zwaną anionem. W stanie stałym związki te nie przewodzą prądu, ale po rozpuszczeniu w wodzie jony dysocjują i mogą przewodzić prąd. W wysokich temperaturach, gdy związki te stają się płynne, kationy i aniony zaczynają płynąć i mogą przewodzić prąd nawet przy braku wody. Związki niejonowe lub związki, które nie dysocjują na jony, nie przewodzą prądu. Możesz skonstruować prosty obwód z żarówką jako wskaźnikiem do testowania przewodności związków wodnych. Testowany związek w tej konfiguracji zakończy obwód i włączy żarówkę, jeśli może przewodzić prąd.

Najłatwiejszym sposobem określenia, czy związek może przewodzić prąd, jest określenie jego struktury molekularnej lub składu. Związki o silnym przewodnictwie po rozpuszczeniu w wodzie całkowicie dysocjują na naładowane atomy lub cząsteczki lub jony. Jony te mogą skutecznie poruszać się i przenosić prąd. Im wyższe stężenie jonów, tym większa przewodność. Sól kuchenna lub chlorek sodu jest przykładem związku o silnym przewodnictwie. Dysocjuje w wodzie na dodatnio naładowane jony sodu i ujemnie naładowane jony chloru. Siarczan amonu, chlorek wapnia, kwas solny, wodorotlenek sodu, fosforan sodu i azotan cynku to inne przykłady związków o silnym przewodnictwie, znane również jako silne elektrolity. Silne elektrolity są zwykle związkami nieorganicznymi, co oznacza, że ​​nie zawierają atomów węgla. Związki organiczne lub związki zawierające węgiel są często słabymi elektrolitami lub nieprzewodzącymi.

Związki, które tylko częściowo dysocjują w wodzie, to słabe elektrolity i słabe przewodniki prądu elektrycznego. Kwas octowy, związek obecny w occie, jest słabym elektrolitem, ponieważ tylko nieznacznie dysocjuje w wodzie. Innym przykładem związku o słabym przewodnictwie jest wodorotlenek amonu. Gdy stosuje się rozpuszczalniki inne niż woda, dysocjacja jonowa, a zatem zdolność do przewodzenia prądu, ulega zmianie. Jonizacja słabych elektrolitów zwykle wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Aby porównać przewodnictwo różnych związków w wodzie, naukowcy wykorzystują przewodnictwo właściwe. Konduktancja właściwa jest miarą przewodnictwa związku w wodzie w określonej temperaturze, zwykle 25 stopni Celsjusza. Konduktancję właściwą mierzy się w simensach lub mikrosiemensach na centymetr. Stopień zanieczyszczenia wody można określić, mierząc konduktancję właściwą, ponieważ zanieczyszczona woda zawiera więcej jonów i może generować większą przewodność.

Związki, które nie wytwarzają jonów w wodzie, nie mogą przewodzić prądu elektrycznego. Cukier lub sacharoza to przykład związku, który rozpuszcza się w wodzie, ale nie wytwarza jonów. Rozpuszczone cząsteczki sacharozy są otoczone skupiskami cząsteczek wody i mówi się, że są „nawodnione”, ale pozostają nienaładowane. Związki nierozpuszczalne w wodzie, takie jak węglan wapnia, również nie mają przewodnictwa: nie wytwarzają jonów. Przewodnictwo wymaga istnienia naładowanych cząstek.

Przewodność elektryczna wymaga ruchu naładowanych cząstek. W przypadku elektrolitów lub skroplonych lub stopionych związków jonowych generowane są dodatnio i ujemnie naładowane cząstki, które mogą się przemieszczać. W metalach dodatnie jony metali są ułożone w sztywną sieć lub strukturę krystaliczną, która nie może się poruszać. Ale dodatnie atomy metali są otoczone chmurami elektronów, które mogą swobodnie krążyć i przenosić prąd elektryczny. Wzrost temperatury powoduje spadek przewodności elektrycznej, co kontrastuje ze wzrostem przewodności elektrolitów w podobnych warunkach.