ทำไมสารประกอบอิออนจึงนำไฟฟ้าในน้ำ?

น้ำเกลือเป็นตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุดของสารละลายไอออนิกที่นำไฟฟ้า แต่การทำความเข้าใจว่าเหตุใดจึงเกิดเหตุการณ์นี้ขึ้นไม่ง่ายเหมือนการทดลองที่บ้านเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้ เหตุผลมาจากความแตกต่างระหว่างพันธะไอออนิกและพันธะโควาเลนต์ รวมถึงการทำความเข้าใจว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อไอออนที่แยกตัวออกจากสนามไฟฟ้า

ในระยะสั้น สารประกอบไอออนิก นำไฟฟ้าในน้ำเพราะแยกออกเป็นไอออนที่มีประจุซึ่งจะถูกดึงดูดไปยังอิเล็กโทรดที่มีประจุตรงข้าม

คุณจำเป็นต้องทราบความแตกต่างระหว่างพันธะไอออนิกและพันธะโควาเลนต์เพื่อให้เข้าใจค่าการนำไฟฟ้าของสารประกอบไอออนิกได้ดีขึ้น

พันธะโควาเลนต์ เกิดขึ้นเมื่ออะตอมใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเพื่อทำให้เปลือกนอก (เวเลนซ์) สมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น ธาตุไฮโดรเจนมี "ช่องว่าง" หนึ่งช่องในเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอก จึงสามารถพันธะโควาเลนต์กับอะตอมของไฮโดรเจนอีกตัวหนึ่งได้ โดยที่ทั้งสองใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเพื่อเติมเปลือกของพวกมัน

อัน พันธะไอออนิก ทำงานแตกต่างกัน อะตอมบางชนิด เช่น โซเดียม มีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวหรือน้อยมากในเปลือกนอก อะตอมอื่นๆ เช่น คลอรีน มีเปลือกนอกที่ต้องการอิเล็กตรอนเพิ่มอีก 1 ตัวจึงจะมีเปลือกเต็ม อิเล็กตรอนส่วนเกินในอะตอมแรกนั้นสามารถถ่ายโอนไปยังชั้นที่สองเพื่อเติมเปลือกอื่นนั้น

อย่างไรก็ตาม กระบวนการของการสูญเสียและรับการเลือกตั้งทำให้เกิดความไม่สมดุลระหว่างประจุในนิวเคลียสและประจุจาก อิเล็กตรอนทำให้อะตอมที่เป็นผลลัพธ์มีประจุบวกสุทธิ (เมื่ออิเล็กตรอนหายไป) หรือประจุลบสุทธิ (เมื่อมี ได้รับ) อะตอมที่มีประจุเหล่านี้เรียกว่าไอออน และไอออนที่มีประจุตรงข้ามสามารถดึงดูดเข้าด้วยกันเพื่อสร้างพันธะไอออนิกและโมเลกุลที่เป็นกลางทางไฟฟ้า เช่น NaCl หรือโซเดียมคลอไรด์

สังเกตว่า "คลอรีน" เปลี่ยนเป็น "คลอไรด์" อย่างไรเมื่อกลายเป็นไอออน

พันธะไอออนิกที่เก็บโมเลกุล เช่น เกลือทั่วไป (โซเดียมคลอไรด์) ไว้ด้วยกัน สามารถแยกออกจากกันได้ในบางกรณี ตัวอย่างหนึ่งคือเมื่อพวกเขา ละลายในน้ำ; โมเลกุล "แยกตัว" ออกเป็นไอออนที่เป็นส่วนประกอบ ซึ่งทำให้พวกมันกลับสู่สถานะมีประจุ

พันธะไอออนิกยังสามารถแตกออกได้หากโมเลกุลละลายภายใต้อุณหภูมิสูง ซึ่งจะมีผลเช่นเดียวกันเมื่อยังคงอยู่ในสถานะหลอมเหลว

ความจริงที่ว่ากระบวนการใดกระบวนการหนึ่งเหล่านี้นำไปสู่การสะสมของไอออนที่มีประจุเป็นหัวใจสำคัญของการนำไฟฟ้าของสารประกอบไอออนิก ในสถานะของแข็งที่ถูกผูกมัด โมเลกุลเช่นเกลือจะไม่นำไฟฟ้า แต่เมื่อแยกตัวออกจากกันในสารละลายหรือผ่านการหลอมเหลว พวกมัน สามารถ นำกระแส เนื่องจากอิเล็กตรอนไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในน้ำ (ในลักษณะเดียวกับที่ทำในลวดนำไฟฟ้า) แต่ไอออนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ

ในการจ่ายกระแสไฟให้กับสารละลาย ให้เสียบอิเล็กโทรดสองอันลงในของเหลว โดยทั้งสองจะต่ออยู่กับแบตเตอรี่หรือแหล่งกำเนิดประจุ อิเล็กโทรดที่มีประจุบวกเรียกว่าแอโนดและอิเล็กโทรดที่มีประจุลบเรียกว่าแคโทด แบตเตอรี่ส่งประจุไปยังอิเล็กโทรด (ในลักษณะดั้งเดิมที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ผ่าน a วัสดุนำไฟฟ้าที่เป็นของแข็ง) และกลายเป็นแหล่งกำเนิดประจุที่แตกต่างกันในของเหลว ทำให้เกิดไฟฟ้า สนาม

ไอออนในสารละลายจะตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าตามประจุ ไอออนที่มีประจุบวก (โซเดียมในสารละลายเกลือ) จะถูกดึงดูดไปยังแคโทด และไอออนที่มีประจุลบ (คลอไรด์ไอออนในสารละลายเกลือ) จะถูกดึงดูดไปยังขั้วบวก การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุนี้คือ กระแสไฟฟ้าเพราะกระแสเป็นเพียงการเคลื่อนที่ของประจุ

เมื่อไอออนไปถึงอิเล็กโทรดของพวกมัน พวกมันอาจได้รับหรือสูญเสียอิเล็กตรอนเพื่อเปลี่ยนกลับเป็นสถานะธาตุ สำหรับเกลือที่แยกตัวออกจากกัน โซเดียมไอออนที่มีประจุบวกจะรวมตัวกันที่แคโทดและรับอิเล็กตรอนจากอิเล็กโทรด ปล่อยให้เป็นโซเดียมธาตุ

ในเวลาเดียวกัน คลอไรด์ไอออนจะสูญเสียอิเล็กตรอน "พิเศษ" ที่ขั้วบวก โดยส่งอิเล็กตรอนไปยังอิเล็กโทรดเพื่อทำให้วงจรสมบูรณ์ กระบวนการนี้เป็นสาเหตุที่ทำให้สารประกอบไอออนิกนำไฟฟ้าในน้ำ