A água salgada é o exemplo mais conhecido de uma solução iônica que conduz eletricidade, mas entender por que isso acontece não é tão simples quanto realizar um experimento caseiro sobre o fenômeno. A razão se resume à diferença entre ligações iônicas e ligações covalentes, bem como entender o que acontece quando íons dissociados são submetidos a um campo elétrico.
Resumidamente, compostos iónicos conduzem eletricidade na água porque eles se separam em íons carregados, que são então atraídos para o eletrodo com carga oposta.
Um Ionic Bond vs. Uma ligação covalente
Você precisa saber a diferença entre ligações iônicas e covalentes para obter uma melhor compreensão da condutividade elétrica dos compostos iônicos.
Ligações covalentes são formados quando os átomos compartilham elétrons para completar suas camadas externas (valência). Por exemplo, o hidrogênio elementar tem um “espaço” em sua camada externa de elétrons, de modo que pode se ligar covalentemente a outro átomo de hidrogênio, com ambos compartilhando seus elétrons para preencher suas camadas.
A ligação iônica funciona de forma diferente. Alguns átomos, como o sódio, têm um ou muito poucos elétrons em suas camadas externas. Outros átomos, como o cloro, têm camadas externas que só precisam de mais um elétron para ter uma camada completa. O elétron extra naquele primeiro átomo pode ser transferido para o segundo para preencher aquela outra camada.
No entanto, os processos de perder e ganhar eleições criam um desequilíbrio entre a carga no núcleo e a carga de os elétrons, dando ao átomo resultante uma carga líquida positiva (quando um elétron é perdido) ou uma carga líquida negativa (quando um é ganho). Esses átomos carregados são chamados de íons, e íons com cargas opostas podem ser atraídos juntos para formar uma ligação iônica e uma molécula eletricamente neutra, como NaCl ou cloreto de sódio.
Observe como "cloro" muda para "cloreto" quando se torna um íon.
Dissociação de ligações iônicas
As ligações iônicas que mantêm moléculas como o sal comum (cloreto de sódio) juntas podem ser quebradas em algumas circunstâncias. Um exemplo é quando eles estão dissolvido em água; as moléculas se “dissociam” em seus íons constituintes, o que as retorna ao seu estado carregado.
As ligações iônicas também podem ser quebradas se as moléculas forem derretidas sob alta temperatura, o que tem o mesmo efeito quando elas permanecem em um estado fundido.
O fato de que qualquer um desses processos leva a uma coleção de íons carregados é fundamental para a condutividade elétrica dos compostos iônicos. Em seus estados sólidos unidos, as moléculas como o sal não conduzem eletricidade. Mas quando eles estão dissociados em uma solução ou através da fusão, eles posso carregue uma corrente. Isso ocorre porque os elétrons não podem se mover livremente através da água (da mesma forma que fazem em um fio condutor), mas os íons podem se mover livremente.
Quando uma corrente é aplicada
Para aplicar uma corrente a uma solução, dois eletrodos são inseridos no líquido, ambos ligados a uma bateria ou fonte de carga. O eletrodo carregado positivamente é denominado ânodo, e o eletrodo carregado negativamente é denominado cátodo. A bateria envia carga para os eletrodos (da forma mais tradicional, envolvendo elétrons que se movem através de um material condutor sólido), e eles se tornam fontes distintas de carga no líquido, produzindo uma campo.
Os íons na solução respondem a este campo elétrico de acordo com sua carga. Os íons carregados positivamente (sódio em uma solução salina) são atraídos para o cátodo e os íons carregados negativamente (íons cloreto em uma solução salina) são atraídos para o ânodo. Este movimento de partículas carregadas é um corrente elétrica, porque a corrente é simplesmente o movimento de carga.
Quando os íons alcançam seus respectivos eletrodos, eles ganham ou perdem elétrons para reverter ao seu estado elementar. Para o sal dissociado, os íons de sódio carregados positivamente se reúnem no cátodo e pegam elétrons do eletrodo, deixando-o como sódio elementar.
Ao mesmo tempo, os íons de cloreto perdem seu elétron “extra” no ânodo, enviando elétrons para o eletrodo para completar o circuito. É por esse processo que os compostos iônicos conduzem eletricidade na água.