Slaná voda je najznámejším príkladom iónového roztoku, ktorý vedie elektrinu, ale pochopenie toho, prečo sa to deje, nie je také jednoduché ako vykonanie domáceho experimentu s týmto javom. Dôvodom je rozdiel medzi iónovými väzbami a kovalentnými väzbami, ako aj pochopenie toho, čo sa stane, keď sú disociované ióny vystavené elektrickému poľu.
V skratke, iónové zlúčeniny vedú elektrinu vo vode, pretože sa separujú na nabité ióny, ktoré sú potom priťahované k opačne nabitej elektróde.
Ionic Bond vs. Kovalentný dlhopis
Potrebujete poznať rozdiel medzi iónovými a kovalentnými väzbami, aby ste lepšie pochopili elektrickú vodivosť iónových zlúčenín.
Kovalentné väzby vznikajú, keď atómy zdieľajú elektróny, aby dokončili svoje vonkajšie (valenčné) obaly. Napríklad elementárny vodík má vo svojom vonkajšom elektrónovom obale jeden „priestor“, takže sa môže kovalentne viazať s iným atómom vodíka, pričom oba zdieľajú svoje elektróny a plnia svoje škrupiny.
An iónová väzba funguje inak. Niektoré atómy, ako napríklad sodík, majú vo svojich vonkajších obaloch jeden alebo veľmi málo elektrónov. Ostatné atómy, ako napríklad chlór, majú vonkajšie obaly, ktoré potrebujú iba jeden elektrón, aby mali úplnú škrupinu. Extra elektrón v tomto prvom atóme sa môže preniesť do druhého, aby vyplnil tento druhý obal.
Procesy prehier a víťazov volieb však vytvárajú nerovnováhu medzi nábojom v jadre a nábojom z elektróny, čo dáva výslednému atómu čistý kladný náboj (keď sa elektrón stratí) alebo čistý záporný náboj (keď je jeden získané). Tieto nabité atómy sa nazývajú ióny a opačne nabité ióny môžu byť spolu priťahované za vzniku iónovej väzby a elektricky neutrálnej molekuly, ako je NaCl alebo chlorid sodný.
Všimnite si, ako sa „chlór“ mení na „chlorid“, keď sa z neho stane ión.
Disociácia iónových väzieb
Iónové väzby, ktoré udržujú molekuly ako bežná soľ (chlorid sodný) pohromade, sa za určitých okolností môžu rozpadnúť. Jedným príkladom je, keď sú rozpustený vo vode; molekuly sa „disociujú“ na svoje základné ióny, ktoré ich vracajú do nabitého stavu.
Iónové väzby môžu byť tiež prerušené, ak sú molekuly roztavené za vysokej teploty, čo má rovnaký účinok, keď zostávajú v roztavenom stave.
Skutočnosť, že jeden z týchto procesov vedie k zhromažďovaniu nabitých iónov, je ústredná pre elektrickú vodivosť iónových zlúčenín. Vo svojich viazaných pevných skupinách molekuly ako soľ nevedú elektrinu. Ale keď sú disociované v roztoku alebo tavením, sú môcť nosiť prúd. Je to tak preto, lebo elektróny sa nemôžu voľne pohybovať cez vodu (rovnako ako vo vodivom drôte), ale ióny sa môžu pohybovať voľne.
Keď sa použije prúd
Na privádzanie prúdu do roztoku sa do kvapaliny vložia dve elektródy, obe pripojené k batérii alebo zdroju náboja. Kladne nabitá elektróda sa nazýva anóda a záporne nabitá elektróda sa nazýva katóda. Batéria odosiela náboj elektródam (tradičnejším spôsobom zahrnujúcim elektróny pohybujúce sa cez a tuhý vodivý materiál) a stávajú sa zreteľnými zdrojmi náboja v kvapaline a vytvárajú elektrický prúd lúka.
Ióny v roztoku reagujú na toto elektrické pole podľa svojho náboja. Kladne nabité ióny (sodík v soľnom roztoku) sú priťahované ku katóde a záporne nabité ióny (chloridové ióny v soľnom roztoku) k anóde. Tento pohyb nabitých častíc je elektrický prúd, pretože prúd je jednoducho pohyb náboja.
Keď ióny dosiahnu svoje príslušné elektródy, buď získajú alebo stratia elektróny, aby sa vrátili do svojho elementárneho stavu. V prípade disociovanej soli sa kladne nabité ióny sodíka zhromažďujú na katóde a zachytávajú elektróny z elektródy, takže zostáva ako elementárny sodík.
Chloridové ióny súčasne strácajú na anóde svoj „extra“ elektrón a posiela elektróny do elektródy na dokončenie obvodu. Tento proces je dôvod, prečo iónové zlúčeniny vedú elektrinu vo vode.