Sisältö
Suolainen vesi on tunnetuin esimerkki sähköä johtavasta ionisesta ratkaisusta, mutta ymmärtää, miksi näin tapahtuu, ei ole yhtä helppoa kuin tehdä kotikokeilu ilmiöön. Syynä on ero ionisten sidosten ja kovalenttisten sidosten välillä, samoin kuin ymmärtäminen, mitä tapahtuu, kun dissosioituneet ionit altistetaan sähkökentälle.
Lyhyesti sanottuna, ioniyhdisteet johtavat sähköä veteen, koska ne erottuvat varautuneiksi ioneiksi, jotka sitten houkuttelevat vastakkaisesti varautuneeseen elektrodiin.
Ionic Bond vs. kovalenttinen Bond
Sinun on tiedettävä ero ionisten ja kovalenttisten sidosten välillä ymmärtääksesi paremmin ionisten yhdisteiden sähkönjohtavuutta.
Kovalenttiset sidokset muodostuvat, kun atomit jakavat elektroneja ulomman (valenssin) kuorensa loppuun saattamiseksi. Esimerkiksi alkuainevetyssä on yksi "avaruus" ulommassa elektronikuoressaan, joten se voi sitoutua kovalenttisesti toisen vetyatomin kanssa, jolloin molemmat jakavat elektroneja kuoriensa täyttämiseksi.
ionisidos toimii eri tavalla. Joidenkin atomien, kuten natriumin, ulommassa kuoressa on yksi tai hyvin vähän elektroneja. Muilla atomilla, kuten kloorilla, on ulkokuori, joka tarvitsee vain yhden elektronin täyden kuoren saamiseksi. Ylimääräinen elektroni tuossa ensimmäisessä atomissa voi siirtyä toiseen täyttääkseen tämän toisen kuoren.
Vaalien häviämis- ja saamisprosessit kuitenkin luovat epätasapainon ytimen varauksen ja elektronien varauksen välillä, jolloin tuloksena olevalle atomille on positiivinen nettovaraus (kun elektroni katoaa) tai netto negatiivinen varaus (kun sellainen syntyy). ). Näitä varautuneita atomeja kutsutaan ioneiksi, ja vastakkaisesti varautuneita ioneja voidaan houkutella yhteen muodostamaan ioninen sidos ja sähköisesti neutraali molekyyli, kuten NaCl tai natriumkloridi.
Huomaa, kuinka "kloori" muuttuu "kloridiksi", kun siitä tulee ioni.
Ionisidosten dissosiaatio
Ionisidokset, jotka pitävät molekyylejä kuten tavallista suolaa (natriumkloridia) yhdessä, voivat rikkoutua joissakin olosuhteissa. Yksi esimerkki on, kun ne liuotetaan veteen; molekyylit “dissosioituvat” niiden muodostamiin ioneihin, mikä palauttaa ne varautuneeseen tilaansa.
Ionisidokset voivat myös katketa, jos molekyylit sulavat korkeassa lämpötilassa, jolla on sama vaikutus, kun ne pysyvät sulassa tilassa.
Se tosiseikka, että jompikumpi näistä prosesseista johtaa varautuneiden ionien keräämiseen, on keskeinen ioniyhdisteiden sähkönjohtavuudessa. Sitoutuneissa, kiinteissä olosuhteissaan molekyylit, kuten suola, eivät johda sähköä. Mutta kun ne dissosioituvat liuokseen tai sulamisen kautta, ne voida kantaa virtaa. Tämä johtuu siitä, että elektronit eivät voi liikkua vapaasti veden läpi (samalla tavalla kuin johtavassa johtimessa), mutta ionit voivat liikkua vapaasti.
Kun virtaa käytetään
Virran syöttämiseksi liuokseen nesteeseen asetetaan kaksi elektrodia, molemmat kiinnitettynä akkuun tai latauslähteeseen. Positiivisesti varautunutta elektrodia kutsutaan anodiksi ja negatiivisesti varautunutta elektrodia kutsutaan katodiksi. Akku latautuu elektrodeihin (perinteisemmällä tavalla, jolloin elektronit liikkuvat kiinteän johtavan materiaalin läpi), ja niistä tulee nesteessä erillisiä varauslähteitä, jotka tuottavat sähkökentän.
Liuoksessa olevat ionit reagoivat tähän sähkökenttään varauksensa mukaan.Positiivisesti varautuneet ionit (natrium suolaliuoksessa) houkuttelevat katodiin ja negatiivisesti varautuneet ionit (kloridi-ionit suolaliuoksessa) vetoaan anodiin. Tämä varautuneiden hiukkasten liike on sähkövirtaa, koska virta on yksinkertaisesti varauksen liikettä.
Kun ionit saavuttavat vastaavat elektrodinsa, ne joko kasvattavat tai hävittävät elektroneja palatakseen alkutilaansa. Hajaantuneen suolan tapauksessa positiivisesti varautuneet natriumionit kokoontuvat katodiin ja poimivat elektroneja elektrodista, jättäen sen alkuainenatriumina.
Samanaikaisesti kloridi-ionit menettävät "ylimääräisen" elektroninsa anodilla, jolloin elektronit elektrodiin virtauttavat piiriä. Tämän vuoksi ioniset yhdisteet johtavat sähköä veteen.