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L’eau salée est l’exemple le plus connu de solution ionique conductrice de l’électricité, mais comprendre pourquoi cela se produit n’est pas aussi simple que de réaliser une expérience personnelle sur le phénomène. La raison en est la différence entre les liaisons ioniques et les liaisons covalentes, ainsi que la compréhension de ce qui se passe lorsque des ions dissociés sont soumis à un champ électrique.
En bref, les composés ioniques conduisent l'électricité dans l'eau car ils se séparent en ions chargés qui sont ensuite attirés par l'électrode chargée de manière opposée.
Un lien ionique vs un lien covalent
Vous devez connaître la différence entre les liaisons ioniques et les liaisons covalentes pour mieux comprendre la conductivité électrique des composés ioniques.
Des liaisons covalentes sont formés lorsque les atomes partagent des électrons pour compléter leurs couches extérieures (de valence). Par exemple, l'hydrogène élémentaire a un «espace» dans sa couche externe d'électrons, ce qui lui permet de se lier de manière covalente à un autre atome d'hydrogène, les deux parties partageant leurs électrons pour remplir leur couche.
Un liaison ionique fonctionne différemment. Certains atomes, comme le sodium, ont un ou très peu d'électrons dans leur coquille externe. D'autres atomes, comme le chlore, ont des couches externes qui n'ont besoin que d'un électron supplémentaire pour avoir une couche complète. L'électron supplémentaire dans ce premier atome peut être transféré dans le second pour remplir cette autre coque.
Cependant, les processus de perte et de gain des élections créent un déséquilibre entre la charge dans le noyau et la charge des électrons, donnant à l'atome résultant une charge nette nette (lorsqu'un électron est perdu) ou une charge négative nette (lorsqu'un gain est obtenu). ). Ces atomes chargés sont appelés ions et les ions chargés de manière opposée peuvent être attirés ensemble pour former une liaison ionique et une molécule électriquement neutre, telle que NaCl ou le chlorure de sodium.
Notez comment "chlore" se change en "chlorure" quand il devient un ion.
Dissociation des liaisons ioniques
Les liaisons ioniques qui maintiennent les molécules comme le sel commun (chlorure de sodium) ensemble peuvent être brisées dans certaines circonstances. Un exemple est quand ils sont dissous dans l'eau; les molécules se "dissocient" en leurs ions constitutifs, ce qui les ramène à leur état chargé.
Les liaisons ioniques peuvent également être rompues si les molécules sont fondues à haute température, ce qui a le même effet lorsqu'elles restent à l'état fondu.
Le fait que l'un ou l'autre de ces processus conduise à une collection d'ions chargés est essentiel à la conductivité électrique des composés ioniques. À l’état solide et lié, les molécules comme le sel ne conduisent pas l’électricité. Mais quand ils sont dissociés dans une solution ou par la fusion, ils pouvez porter un courant. En effet, les électrons ne peuvent pas se déplacer librement dans l’eau (comme ils le font dans un fil conducteur), mais les ions peuvent se déplacer librement.
Quand un courant est appliqué
Pour appliquer un courant à une solution, deux électrodes sont insérées dans le liquide, toutes deux attachées à une batterie ou à une source de charge. L'électrode chargée positivement s'appelle l'anode et l'électrode chargée négativement s'appelle la cathode. La batterie se charge sur les électrodes (de manière plus traditionnelle impliquant des électrons se déplaçant à travers un matériau conducteur solide) et devient une source de charge distincte dans le liquide, produisant un champ électrique.
Les ions de la solution répondent à ce champ électrique en fonction de leur charge.Les ions chargés positivement (sodium dans une solution saline) sont attirés par la cathode et les ions chargés négativement (ions chlorure dans une solution saline) sont attirés par l'anode. Ce mouvement de particules chargées est un courant électrique, car le courant est simplement le mouvement de charge.
Lorsque les ions atteignent leurs électrodes respectives, ils gagnent ou perdent des électrons pour revenir à leur état élémentaire. Pour le sel dissocié, les ions sodium chargés positivement se rassemblent au niveau de la cathode et captent les électrons de l'électrode, le laissant sous forme de sodium élémentaire.
Dans le même temps, les ions chlorures perdent leur électron «supplémentaire» à l'anode, ce qui conduit l'électron à l'électrode pour compléter le circuit. Ce processus est la raison pour laquelle les composés ioniques conduisent l'électricité dans l'eau.