Innehåll
Saltvatten är det mest kända exemplet på en jonlösning som leder elektricitet, men att förstå varför detta händer är inte så enkelt som att utföra ett hemexperiment på fenomenet. Anledningen kommer till skillnaden mellan joniska bindningar och kovalenta bindningar, samt förstå vad som händer när dissocierade joner utsätts för ett elektriskt fält.
I korthet leder joniska föreningar elektricitet i vatten eftersom de separerar i laddade joner, som sedan dras till den motsatt laddade elektroden.
En jonisk obligation kontra en kovalent bindning
Du måste känna till skillnaden mellan joniska och kovalenta bindningar för att få en bättre förståelse för den elektriska ledningsförmågan hos joniska föreningar.
Kovalenta bindningar bildas när atomer delar elektroner för att slutföra sina yttre (valens) skal. Till exempel har elementärt väte ett "utrymme" i sitt yttre elektronskal, så det kan binda kovalent till en annan väteatom, där båda delar sina elektroner för att fylla sina skal.
Ett jonbindning fungerar annorlunda. Vissa atomer, som natrium, har en eller mycket få elektroner i sina yttre skal. Andra atomer, som klor, har yttre skal som bara behöver ytterligare en elektron för att ha ett fullt skal. Extraelektronen i den första atomen kan överföras till den andra för att fylla det andra skalet.
Processerna för att förlora och vinna val skapar emellertid en obalans mellan laddningen i kärnan och laddningen från elektronerna, vilket ger den resulterande atomen en nettopositiv laddning (när en elektron går förlorad) eller en negativ nettoladdning (när en erhålls ). Dessa laddade atomer kallas joner, och motsatt laddade joner kan attraheras tillsammans för att bilda en jonisk bindning och en elektriskt neutral molekyl, såsom NaCl eller natriumklorid.
Notera hur "klor" ändras till "klorid" när det blir en jon.
Dissociation of Ionic Bonds
De joniska bindningarna som håller molekyler som vanligt salt (natriumklorid) tillsammans kan delas isär i vissa fall. Ett exempel är när de upplöses i vatten; molekylerna "dissocieras" i sina beståndsdelande joner, vilket återför dem till deras laddade tillstånd.
De joniska bindningarna kan också brytas om molekylerna smälts under hög temperatur, vilket har samma effekt när de förblir i smält tillstånd.
Det faktum att någon av dessa processer leder till en samling av laddade joner är centralt för den elektriska ledningsförmågan hos joniska föreningar. I sina bundna, fasta tillstånd leder molekyler som salt inte elektricitet. Men när de är dissocierade i en lösning eller genom smältning, de kan bära en ström. Det beror på att elektroner inte kan röra sig fritt genom vatten (på samma sätt som de gör i en ledande tråd), men joner kan röra sig fritt.
När en ström appliceras
För att applicera en ström på en lösning, sätts två elektroder in i vätskan, båda anslutna till ett batteri eller laddningskälla. Den positivt laddade elektroden kallas anoden och den negativt laddade elektroden kallas katoden. Batteriets laddning till elektroderna (på det mer traditionella sättet involverar elektroner som rör sig genom ett fast ledande material), och de blir distinkta laddningskällor i vätskan och producerar ett elektriskt fält.
Jonerna i lösningen svarar på detta elektriska fält beroende på deras laddning.De positivt laddade jonerna (natrium i en saltlösning) dras till katoden och de negativt laddade jonerna (kloridjoner i en saltlösning) lockas till anoden. Denna rörelse av laddade partiklar är en elektrisk ström, eftersom ström helt enkelt är laddningsrörelsen.
När jonerna når sina respektive elektroder, får de antingen eller förlorar elektroner för att återgå till deras elementära tillstånd. För dissocierat salt samlas de positivt laddade natriumjonerna vid katoden och plockar upp elektroner från elektroden, vilket lämnar det som elementärt natrium.
Samtidigt förlorar kloridjonerna sin "extra" elektron vid anoden och sätter in elektroner i elektroden för att slutföra kretsen. Denna process är anledningen till att joniska föreningar leder elektricitet i vatten.