Соленая вода - самый известный пример ионного раствора, который проводит электричество, но понять, почему это происходит, не так просто, как провести домашний эксперимент с этим явлением. Причина заключается в разнице между ионными и ковалентными связями, а также в понимании того, что происходит, когда диссоциированные ионы подвергаются воздействию электрического поля.
Коротко, ионные соединения проводят электричество в воде, потому что они разделяются на заряженные ионы, которые затем притягиваются к противоположно заряженному электроду.
Ионная связь vs. Ковалентная связь
Вам необходимо знать разницу между ионными и ковалентными связями, чтобы лучше понять электрическую проводимость ионных соединений.
Ковалентные связи образуются, когда атомы разделяют электроны для завершения своей внешней (валентной) оболочки. Например, элементарный водород имеет одно «пространство» во внешней электронной оболочке, поэтому он может ковалентно связываться с другим атомом водорода, при этом оба разделяют свои электроны, чтобы заполнить свои оболочки.
An ионная связь работает иначе. У некоторых атомов, таких как натрий, есть один или очень мало электронов на внешней оболочке. У других атомов, таких как хлор, есть внешние оболочки, которым просто нужен еще один электрон, чтобы иметь полноценную оболочку. Дополнительный электрон в этом первом атоме может перейти ко второму, чтобы заполнить ту другую оболочку.
Однако процессы проигрыша и победы на выборах создают дисбаланс между зарядом в ядре и зарядом от электронов, давая результирующему атому чистый положительный заряд (когда электрон теряется) или чистый отрицательный заряд (когда один получил). Эти заряженные атомы называются ионами, и противоположно заряженные ионы могут притягиваться вместе, образуя ионную связь и электрически нейтральную молекулу, такую как NaCl или хлорид натрия.
Обратите внимание, как «хлор» превращается в «хлорид», когда становится ионом.
Диссоциация ионных связей.
Ионные связи, которые удерживают вместе такие молекулы, как поваренная соль (хлорид натрия), при некоторых обстоятельствах могут быть разрушены. Один пример - когда они растворен в воде; молекулы «диссоциируют» на составляющие ионы, что возвращает их в заряженное состояние.
Ионные связи также могут быть разорваны, если молекулы плавятся при высокой температуре, что имеет тот же эффект, когда они остаются в расплавленном состоянии.
Тот факт, что любой из этих процессов приводит к сбору заряженных ионов, играет центральную роль в электропроводности ионных соединений. В связанном твердом состоянии молекулы, подобные соли, не проводят электричество. Но когда они диссоциируют в растворе или плавлении, они может нести ток. Это связано с тем, что электроны не могут свободно перемещаться через воду (так же, как в проводящей проволоке), но ионы могут свободно перемещаться.
Когда применяется ток
Чтобы подать ток на раствор, в жидкость вставляют два электрода, оба прикрепленные к батарее или источнику заряда. Положительно заряженный электрод называется анодом, а отрицательно заряженный электрод - катодом. Батарея посылает заряд на электроды (более традиционным способом, когда электроны движутся через твердый проводящий материал), и они становятся отдельными источниками заряда в жидкости, производя электрический поле.
Ионы в растворе реагируют на это электрическое поле в соответствии со своим зарядом. Положительно заряженные ионы (натрий в растворе соли) притягиваются к катоду, а отрицательно заряженные ионы (ионы хлорида в растворе соли) притягиваются к аноду. Это движение заряженных частиц - электрический ток, потому что ток - это просто движение заряда.
Когда ионы достигают своих электродов, они либо приобретают, либо теряют электроны, чтобы вернуться в свое элементарное состояние. В случае диссоциированной соли положительно заряженные ионы натрия собираются на катоде и забирают электроны с электрода, оставляя его в виде элементарного натрия.
В то же время ионы хлора теряют свой «лишний» электрон на аноде, посылая электроны в электрод, замыкая цепь. Этот процесс является причиной того, что ионные соединения проводят в воде электричество.