ทำไมสารประกอบไอออนิกจึงนำไฟฟ้าในน้ำ?

เนื้อหา

• พันธะไอออนิกกับพันธะโควาเลนต์
• การแตกตัวของพันธะไอออนิก
• เมื่อมีการใช้กระแสไฟฟ้า

น้ำเกลือเป็นตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุดของสารละลายไอออนิกที่นำไฟฟ้า แต่เข้าใจว่าทำไมสิ่งนี้เกิดขึ้นไม่ง่ายเหมือนการทำการทดลองที่บ้านเกี่ยวกับปรากฏการณ์ เหตุผลนั้นมาจากความแตกต่างระหว่างพันธะไอออนิกและพันธะโควาเลนต์รวมถึงการทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อไอออนที่แยกตัวออกไปถูกสนามไฟฟ้า

ในระยะสั้นสารประกอบไอออนิกจะนำไฟฟ้าในน้ำเพราะแยกเป็นไอออนที่มีประจุซึ่งจะถูกดึงดูดไปยังขั้วไฟฟ้าที่มีประจุตรงข้าม

พันธะไอออนิกกับพันธะโควาเลนต์

คุณจำเป็นต้องทราบความแตกต่างระหว่างพันธะไอออนิกและโควาเลนต์เพื่อให้เข้าใจถึงการนำไฟฟ้าของสารประกอบไอออนิกได้ดีขึ้น

พันธะโควาเลนต์ เกิดขึ้นเมื่ออะตอมแบ่งปันอิเล็กตรอนเพื่อทำให้เปลือกนอก (เวเลนซ์) สมบูรณ์ ยกตัวอย่างเช่นธาตุไฮโดรเจนมี "ช่องว่าง" หนึ่งในเปลือกอิเล็กตรอนด้านนอกดังนั้นมันจึงสามารถเชื่อมพันธะโควาเลนซ์กับอะตอมไฮโดรเจนอื่นได้โดยมีการแบ่งปันอิเล็กตรอนเพื่อเติมเปลือกของพวกมัน

พันธะไอออนิก ทำงานแตกต่างกัน อะตอมบางชนิดเช่นโซเดียมมีอิเล็กตรอนเพียงหนึ่งหรือสามตัวในเปลือกนอก อะตอมอื่น ๆ เช่นคลอรีนมีเปลือกนอกที่ต้องการอิเล็กตรอนเพิ่มอีก 1 ตัวเพื่อให้มีเปลือกเต็ม อิเล็กตรอนพิเศษในอะตอมแรกนั้นสามารถถ่ายโอนไปยังวินาทีเพื่อเติมเปลือกอื่น ๆ

อย่างไรก็ตามกระบวนการของการสูญเสียและการเลือกตั้งทำให้เกิดความไม่สมดุลระหว่างประจุในนิวเคลียสและประจุจากอิเล็กตรอนทำให้อะตอมเป็นประจุบวกสุทธิ (เมื่ออิเล็กตรอนหายไป) หรือประจุลบสุทธิ (เมื่อได้รับ ) อะตอมที่มีประจุเหล่านี้เรียกว่าไอออนและไอออนที่มีประจุตรงข้ามสามารถดึงดูดเข้าด้วยกันเพื่อสร้างพันธะไอออนิกและโมเลกุลที่เป็นกลางทางไฟฟ้าเช่น NaCl หรือโซเดียมคลอไรด์

สังเกตว่า "คลอรีน" เปลี่ยนเป็น "คลอไรด์" อย่างไรเมื่อมันกลายเป็นไอออน

การแตกตัวของพันธะไอออนิก

พันธะไอออนิกที่ทำให้โมเลกุลเหมือนเกลือทั่วไป (โซเดียมคลอไรด์) เข้าด้วยกันสามารถถูกแยกออกจากกันในบางสถานการณ์ ตัวอย่างหนึ่งคือเมื่อพวกเขากำลังละลายในน้ำ โมเลกุล“ แยกตัว” ออกเป็นไอออนที่เป็นส่วนประกอบซึ่งจะคืนพวกมันกลับสู่สถานะที่มีประจุ

พันธะไอออนิกยังสามารถแตกสลายได้หากโมเลกุลถูกละลายภายใต้อุณหภูมิสูงซึ่งมีผลเช่นเดียวกันเมื่อพวกเขายังคงอยู่ในสถานะหลอมเหลว

ความจริงที่ว่ากระบวนการเหล่านี้อย่างใดอย่างหนึ่งนำไปสู่การสะสมของไอออนที่มีประจุเป็นหัวใจสำคัญของการนำไฟฟ้าของสารประกอบไอออนิก ในสถานะที่มั่นคงพันธะของพวกเขาโมเลกุลเช่นเกลือจะไม่นำไฟฟ้า แต่เมื่อพวกเขาแยกตัวออกจากการแก้ปัญหาหรือผ่านการหลอมพวกเขา สามารถ พกกระแสไฟ นี่เป็นเพราะอิเล็กตรอนไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านน้ำได้อย่างอิสระ (เช่นเดียวกับที่ทำในสายตัวนำ) แต่ไอออนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ

เมื่อมีการใช้กระแสไฟฟ้า

ในการใช้กระแสไฟฟ้ากับสารละลายนั้นขั้วไฟฟ้าสองขั้วจะถูกแทรกลงในของเหลวทั้งสองติดอยู่กับแบตเตอรี่หรือแหล่งกำเนิดประจุ ขั้วบวกที่มีประจุบวกเรียกว่าขั้วบวกและขั้วบวกประจุลบเรียกว่าขั้วลบ ประจุของแบตเตอรี่ไปยังขั้วไฟฟ้า (ในแบบดั้งเดิมที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ผ่านวัสดุตัวนำที่เป็นของแข็ง) และพวกมันกลายเป็นแหล่งประจุที่แตกต่างกันในของเหลวทำให้เกิดสนามไฟฟ้า

ไอออนในสารละลายตอบสนองต่อสนามไฟฟ้านี้ตามประจุของมันไอออนประจุที่มีประจุบวก (โซเดียมในสารละลายเกลือ) จะถูกดึงดูดไปยังแคโทดและไอออนที่มีประจุลบ (คลอไรด์ไอออนในสารละลายเกลือ) จะถูกดึงดูดไปยังขั้วบวก การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุนี้เป็นกระแสไฟฟ้าเพราะกระแสนั้นเป็นเพียงการเคลื่อนที่ของประจุ

เมื่ออิออนไปถึงขั้วไฟฟ้าของพวกมันพวกมันจะได้รับหรือสูญเสียอิเล็กตรอนเพื่อเปลี่ยนกลับไปเป็นสถานะของธาตุ สำหรับเกลือที่แยกตัวออกไอออนโซเดียมไอออนที่มีประจุบวกจะรวมตัวกันที่แคโทดและรับอิเล็กตรอนจากอิเล็กโทรดปล่อยให้มันเป็นโซเดียมธาตุ

ในเวลาเดียวกันคลอไรด์ไอออนจะสูญเสียอิเล็กตรอนที่“ ขั้วบวก” ไปยังขั้วบวกทำให้อิเล็กตรอนเข้าสู่ขั้วไฟฟ้าเพื่อทำให้วงจรสมบูรณ์ กระบวนการนี้เป็นสาเหตุที่สารประกอบไอออนิกนำไฟฟ้าในน้ำ