Солона вода - найвідоміший приклад іонного розчину, який проводить електрику, але зрозуміти, чому це відбувається, не так просто, як провести домашній експеримент над цим явищем. Причина зводиться до різниці між іонними зв’язками та ковалентними зв’язками, а також до розуміння того, що відбувається, коли дисоційовані іони піддаються дії електричного поля.
Коротко, іонні сполуки проводять електрику у воді, оскільки вони розділяються на заряджені іони, які потім притягуються до протилежно зарядженого електрода.
Іонічний зв’язок проти Ковалентний зв’язок
Вам потрібно знати різницю між іонними та ковалентними зв’язками, щоб краще зрозуміти електропровідність іонних сполук.
Ковалентні зв’язки утворюються, коли атоми ділять електрони, щоб завершити свої зовнішні (валентні) оболонки. Наприклад, елементарний водень має один “простір” у зовнішній електронній оболонці, тому він може ковалентно зв’язуватися з іншим атомом водню, при цьому обидва діляться своїми електронами, щоб заповнити свої оболонки.
Ан іонний зв’язок працює по-різному. Деякі атоми, як натрій, мають один або дуже мало електронів у зовнішніх оболонках. Інші атоми, як хлор, мають зовнішні оболонки, яким потрібен ще один електрон, щоб мати повну оболонку. Зайвий електрон у цьому першому атомі може перейти в другий, щоб заповнити цю іншу оболонку.
Однак процеси програшу та виграшу на виборах створюють дисбаланс між зарядом у ядрі та зарядом від електрони, надаючи результуючому атому чистий позитивний заряд (коли електрон втрачається) або чистий негативний заряд (коли один здобуто). Ці заряджені атоми називаються іонами, і протилежно заряджені іони можуть притягуватися разом, утворюючи іонний зв’язок та електрично нейтральну молекулу, таку як NaCl або хлорид натрію.
Зверніть увагу, як «хлор» змінюється на «хлорид», коли він стає іоном.
Дисоціація іонних зв’язків
Іонні зв’язки, які утримують молекули, такі як звичайна сіль (хлорид натрію), можуть за певних обставин розірватися. Один із прикладів - це коли вони є розчинений у воді; молекули «дисоціюють» на складові іони, що повертає їх у заряджений стан.
Іонні зв’язки також можуть розірватися, якщо молекули плавляться при високій температурі, що має такий самий ефект, коли вони залишаються в розплавленому стані.
Той факт, що будь-який із цих процесів призводить до збору заряджених іонів, є центральним для електропровідності іонних сполук. У зв’язаних твердих станах такі молекули, як сіль, не проводять електрику. Але коли вони дисоціюють у розчині або через плавлення, вони може нести струм. Це пов’язано з тим, що електрони не можуть вільно рухатися по воді (так само, як у провідному дроті), але іони можуть вільно рухатися.
Коли застосовується струм
Для подачі струму на розчин у рідину вставляють два електроди, обидва приєднані до батареї або джерела заряду. Позитивно заряджений електрод називається анодом, а негативно заряджений - катодом. Акумулятор відправляє заряд на електроди (більш традиційним способом за участю електронів, що рухаються через твердий провідний матеріал), і вони стають окремими джерелами заряду в рідині, виробляючи електричний поле.
Йони в розчині реагують на це електричне поле відповідно до свого заряду. Позитивно заряджені іони (натрій у розчині солі) притягуються до катода, а негативно заряджені іони (хлоридні іони у розчині солі) - до анода. Цей рух заряджених частинок є електричний струм, оскільки струм - це просто рух заряду.
Коли іони досягають відповідних електродів, вони або отримують, або втрачають електрони, щоб повернутися до свого елементарного стану. Для дисоційованої солі позитивно заряджені іони натрію збираються на катоді і забирають електрони з електрода, залишаючи його елементарним натрієм.
У той же час хлоридні іони втрачають свій «зайвий» електрон на аноді, посилаючи електрони в електрод для завершення ланцюга. Саме через це іонні сполуки проводять електрику у воді.