När du tittar på en kopp saltvatten kan du inte tänka dig att den har potential att leda elektricitet - men det gör det! Förhållandet mellan en jonisk lösning som saltvatten och dess konduktivitet är en funktion av dess koncentration och förmågan hos dess laddade partiklar att röra sig fritt i lösningen.
TL; DR (för lång; har inte läst)
Lösningar som innehåller upplösta salter leder elektricitet eftersom de släpper laddade partiklar i lösning som kan transportera en elektrisk ström. I allmänhet ökar konduktiviteten för saltlösningar när mängden upplöst salt ökar. Den exakta ökningen i ledningsförmågan kompliceras emellertid av förhållandet mellan koncentrationen av saltet och rörligheten hos det laddade partiklarna.
Ioniska föreningar
För en kemist avser termen "salt" mer än enkelt bordsalt. Som en klass av föreningar är salter kemikalier som består av en metall och en icke-metallisk. Metallen antar en positiv laddning och är en katjon medan den icke-metallen antar en negativ laddning och är en anjon. Kemister refererar till sådana salter som joniska föreningar. Elektrostatiska interaktioner, som helt enkelt hänvisar till de attraktiva krafterna mellan den motsatt laddade metallen och icke-metallen, håller joniska föreningar tillsammans som fasta ämnen.
Joniska föreningar i vatten
Vissa joniska föreningar är vattenlösliga, vilket innebär att de upplöses i vatten. När dessa föreningar upplöses, dissocieras de eller bryts in i sina respektive joner. Bordsalt, även kallad natriumklorid och förkortat NaCl, dissocierar till natrium (Na) joner och klorid (Cl) joner. Inte varje jonisk förening upplöses i vatten. Riktlinjerna för löslighet ger kemister och studenter en allmän förståelse av vilka föreningar som kommer att lösa upp och vilka föreningar som inte kommer att lösa upp.
Koncentration av ett ämne. mängd vatten. Forskare använder olika enheter för att specificera koncentration, såsom molaritet, normalitet, massprocent och delar per miljon. Den exakta koncentrationsenheten går emellertid sekundärt till den allmänna principen att högre koncentration innebär en större mängd upplöst salt per volymenhet.
Elektrisk ledningsförmåga |
Många är förvånade över att veta att rent vatten faktiskt är en dålig elektrisk ledare. Den relevanta termen i föregående uttalande är ”ren.” Nästan alla vatten från en naturlig vattenkälla som en flod, sjö eller hav kommer att fungera som en ledare eftersom det innehåller upplösta salter.
Bra ledare gör det enkelt , långvarigt flöde av elektrisk ström. I allmänhet har en god ledare laddade partiklar som är relativt rörliga (fria att röra sig). När det gäller salter löst i vatten, representerar jonerna laddade partiklar med relativt hög rörlighet.
Konduktivitet och koncentration
Konduktiviteten hos en lösning beror på antalet laddningsbärare (koncentrationerna av jonerna) , laddningsföretagens rörlighet och deras laddning. Teoretiskt sett bör konduktiviteten öka i direkt proportion till koncentrationen. Detta innebär att om koncentrationen av natriumklorid, till exempel i en lösning fördubblats, borde konduktiviteten också fördubblas. I praktiken gäller detta inte. Jonernas koncentration och rörlighet är inte oberoende egenskaper. När koncentrationen av en jon ökar minskar dess rörlighet. Som en följd av detta ökar konduktiviteten linjärt med avseende på kvadratroten av koncentration istället för i direkt proportion.