Vsebina
Slana voda je najbolj znan primer ionske raztopine, ki oddaja električno energijo, vendar razumevanje, zakaj se to zgodi, ni tako preprosto kot izvajanje domačega eksperimenta nad pojavom. Razlog se spušča v razliko med ionskimi vezmi in kovalentnimi vezmi, pa tudi razumevanje, kaj se zgodi, ko so disociirani ioni izpostavljeni električnemu polju.
Skratka, ionske spojine vodijo električno energijo v vodi, ker se ločijo na nabite ione, ki jih nato privlači nasprotno nabiti elektroda.
Ionska vez proti kovalentni vezi
Če želite bolje razumeti električno prevodnost ionskih spojin, morate poznati razliko med ionskimi in kovalentnimi vezmi.
Kovalentne vezi nastanejo, ko si atomi delijo elektrone, da dokončajo svoje zunanje (valenčne) lupine. Na primer, elementarni vodik ima v svoji zunanji elektronski lupini en prostor, tako da se lahko kovalentno veže z drugim atomom vodika, pri čemer si oba delita elektrona, da napolni svoje lupine.
An ionska vez deluje drugače. Nekateri atomi, kot natrij, imajo v svoji zunanji lupini en ali zelo malo elektronov. Drugi atomi, kot klor, imajo zunanje lupine, ki potrebujejo samo še en elektron, da imajo polno lupino. Dodatni elektron v tem prvem atomu se lahko prenese na drugega, da napolni to drugo lupino.
Vendar pa procesi izgube in zmage volitev ustvarijo neravnovesje med nabojem v jedru in nabojem elektronov, kar daje rezultirajočemu atomu neto pozitiven naboj (ko se izgubi elektron) ali neto negativni naboj (ko ga dobimo ). Te napolnjene atome imenujemo ioni, nasprotno nabiti ioni pa se lahko pritegnejo skupaj, da tvorijo ionsko vez in električno nevtralno molekulo, kot je NaCl ali natrijev klorid.
Upoštevajte, kako se "klor" spremeni v "klorid", ko postane ion.
Disociacija jonskih vezi
Ionske vezi, ki združujejo molekule kot običajna sol (natrijev klorid), se lahko v nekaterih okoliščinah razidejo. En primer je, ko se raztopijo v vodi; molekule se »disociirajo« v svoje sestavne ione, kar jih vrne v njihovo napolnjeno stanje.
Tudi ionske vezi se lahko porušijo, če se molekule topijo pri visoki temperaturi, kar ima enak učinek, če ostanejo v staljenem stanju.
Dejstvo, da kateri koli od teh procesov vodi do zbiranja nabitih ionov, je ključnega pomena za električno prevodnost ionskih spojin. Molekule, kot so sol, v trdnem stanju niso povezane z električno energijo. Ko pa se ločijo od raztopine ali taljenja, se lahko nosijo tok. To je zato, ker se elektroni ne morejo prosto gibati skozi vodo (na enak način kot v prevodni žici), ampak se ioni lahko prosto gibljejo.
Ko se uporabi tok
Če želite raztopini nanesti tok, v tekočino vstavite dve elektrodi, obe pritrjeni na baterijo ali vir napolnjenosti. Pozitivno nabita elektroda se imenuje anoda, negativno nabita elektroda pa katoda. Akumulator se napolni do elektrod (na bolj tradicionalen način vključujejo elektrone, ki se gibljejo skozi trdi prevodni material), ti pa v tekočini postanejo izraziti viri naboja, ki proizvajajo električno polje.
Ioni v raztopini se odzivajo na to električno polje glede na svoj naboj.Pozitivno nabiti ioni (natrij v raztopini soli) privlačijo katodo, negativno nabiti ioni (kloridni ioni v raztopini soli) pa privlačijo anodo. To gibanje nabitih delcev je električni tok, ker je tok preprosto gibanje naboja.
Ko ioni dosežejo svoje elektrode, pridobijo ali izgubijo elektrone, da se vrnejo v svoje elementarno stanje. Za disociirano sol se na katodi združijo pozitivno nabiti natrijevi ioni in iz elektrode poberejo elektrone, pri čemer ostanejo kot elementarni natrij.
Hkrati kloridni ioni izgubijo "dodaten" elektron na anodi in v elektrodo vnesejo elektrone za dokončanje vezja. Zaradi tega proces ionske spojine vodijo električno energijo v vodi.