Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Ioniyhdisteet
- Ioniyhdisteet vedessä
- Aineen pitoisuus
- Sähkönjohtavuus
- Johtavuus ja pitoisuus
Kun katsot kuppia suolaista vettä, et ehkä usko, että sillä on potentiaalia johtaa sähköä, mutta se tekee! Ionisen liuoksen, kuten suolaveden, ja sen johtavuuden välinen suhde riippuu sen pitoisuudesta ja sen varautuneiden hiukkasten kyvystä liikkua vapaasti liuoksessa.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Liuotettuja suoloja sisältävät liuokset johtavat sähköä, koska ne vapauttavat varautuneita hiukkasia liuokseen, joka kykenee kuljettamaan sähkövirran. Yleensä suolaliuosten johtavuus kasvaa, kun liuenneen suolan määrä kasvaa. Johtavuuden tarkka nousu on kuitenkin monimutkainen suolan konsentraation ja sen varautuneiden hiukkasten liikkuvuuden välisellä suhteella.
Ioniyhdisteet
Kemistille termi “suola” tarkoittaa enemmän kuin yksinkertaista ruokasuolaa. Yhdisteluokana suolat ovat kemikaaleja, jotka koostuvat metallista ja ei-metallista. Metalli omaa positiivisen varauksen ja on kationi, kun taas ei-metalli olettaa negatiivisen varauksen ja on anioni. Kemistit viittaavat sellaisiin suoloihin ionisiksi yhdisteiksi. Sähköstaattiset vuorovaikutukset, jotka yksinkertaisesti viittaavat vastakkaisesti varautuneen metallin ja ei-metallisen väliseen houkuttelevaan voimaan, pitävät ioniset yhdisteet yhdessä kiinteinä aineina.
Ioniyhdisteet vedessä
Jotkut ioniset yhdisteet ovat vesiliukoisia, mikä tarkoittaa, että ne liukenevat veteen. Kun nämä yhdisteet liukenevat, ne dissosioituvat tai murtuvat vastaaviin ioneihinsa. Pöytäsuola, jota kutsutaan myös natriumkloridiksi ja lyhennettynä NaCl: ksi, dissosioituu natrium- (Na) -ioniksi ja kloridi (Cl) -ioniksi. Kaikki ioniyhdisteet eivät liukene veteen. Liukoisuusohjeet antavat kemisteille ja opiskelijoille yleisen käsityksen siitä, mitkä yhdisteet liukenevat ja mitkä yhdisteet eivät liukene.
Aineen pitoisuus
Periaatteessa pitoisuus viittaa yksinkertaisesti aineen määrään, joka on liuennut tiettyyn määrään vettä. Tutkijat käyttävät erilaisia yksiköitä pitoisuuden määrittämiseksi, kuten molaarisuus, normaalisuus, massaprosentti ja miljoonasosat. Tarkka konsentraatioyksikkö kulkee kuitenkin toissijaisesti sen yleisen periaatteen kanssa, että korkeampi konsentraatio tarkoittaa suurempaa määrää liuenneen suolaa tilavuusyksikköä kohti.
Sähkönjohtavuus
Monet ihmiset ovat yllättyneitä kuultuaan, että puhdas vesi on todella huono sähkönjohdin. Edellisen lausunnon merkityksellinen termi on ”puhdas”. Käytännöllisesti katsoen mikä tahansa luonnonlähteistä peräisin oleva vesi, kuten joki, järvi tai valtameri, toimii johtimena, koska se sisältää liuenneita suoloja.
Hyvät johtimet mahdollistavat helpon ja kestävän sähkövirran. Hyvällä johtimella on yleensä varautuneita hiukkasia, jotka ovat suhteellisen liikkuvia (vapaasti liikkuvia). Veteen liuotettujen suolojen tapauksessa ionit edustavat varautuneita hiukkasia, joilla on suhteellisen suuri liikkuvuus.
Johtavuus ja pitoisuus
Liuoksen johtavuus riippuu varauskantajien lukumäärästä (ionien konsentraatioista), varausvälineiden liikkuvuudesta ja niiden varauksesta. Teoreettisesti johtavuuden tulisi nousta suoraan suhteessa pitoisuuteen. Tämä merkitsee, että jos esimerkiksi natriumkloridin konsentraatio liuoksessa kaksinkertaistuu, johtavuuden tulisi myös kaksinkertaistua. Käytännössä tämä ei pidä paikkaansa. Ionien konsentraatio ja liikkuvuus eivät ole itsenäisiä ominaisuuksia. Kun ionin konsentraatio kasvaa, sen liikkuvuus vähenee. Seurauksena on, että johtavuus kasvaa lineaarisesti pitoisuuden neliöjuureen verrattuna suoran suhteen.