なぜイオン化合物は水中で電気を伝導するのですか?

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著者: John Stephens
作成日: 21 1月 2021
更新日: 20 11月 2024
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【中学理科】電気分解~イオンで理解する~ 1-3【中3理科】
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塩水は、電気を伝導するイオン溶液の最もよく知られた例ですが、この現象が発生する理由を理解することは、現象に関する家庭実験を行うほど簡単ではありません。その理由は、イオン結合と共有結合の違いと、解離したイオンが電界にさらされたときに何が起こるかを理解することにあります。

要するに、イオン性化合物は電荷を帯びたイオンに分離するため、水中で電気を伝導します。このイオンは、反対に帯電した電極に引き付けられます。

イオン結合と共有結合

イオン性化合物の電気伝導率をよりよく理解するには、イオン結合と共有結合の違いを知る必要があります。

共有結合 原子が電子を共有して外側の(原子価)シェルを完成するときに形成されます。たとえば、水素元素の外側の電子シェルには1つの「空間」があるため、別の水素原子と共有結合し、両方が電子を共有してシェルを満たすことができます。

イオン結合 動作が異なります。ナトリウムなどの一部の原子は、外殻に1つまたは非常に少ない電子を持っています。塩素のような他の原子には外殻があり、完全な殻を作るにはもう1つ電子が必要です。その最初の原子の余分な電子は、他のシェルを満たすために2番目の原子に移動できます。

しかし、選挙を失い、獲得するプロセスは、核の電荷と電子からの電荷の間に不均衡を生じ、結果として生じる原子に正味の正電荷(電子が失われた場合)または負の正味電荷(獲得した場合)を与えます)。これらの荷電原子はイオンと呼​​ばれ、反対に荷電したイオンは互いに引き寄せられて、イオン結合と、NaClや塩化ナトリウムなどの電気的に中性な分子を形成します。

「塩素」がイオンになると「塩素」に変化することに注意してください。

イオン結合の解離

一般的な塩(塩化ナトリウム)のような分子を一緒に保つイオン結合は、状況によってはばらばらになる可能性があります。 1つの例は、水に溶けている場合です。分子は構成イオンに「解離」し、荷電状態に戻ります。

分子が高温下で融解すると、イオン結合も切断される可能性があります。これは、分子が融解状態にある場合と同じ効果があります。

これらのプロセスのいずれかが荷電イオンの収集につながるという事実は、イオン化合物の電気伝導性の中心です。結合した固体状態では、塩のような分子は電気を通しません。しかし、それらが溶液中または溶解により解離した場合、 できる 電流を流します。これは、電子は水の中を自由に移動することはできませんが(導電性ワイヤと同じように)、イオンは自由に移動できるためです。

電流が印加されるとき

溶液に電流を印加するには、2つの電極を液体に挿入し、両方の電極をバッテリーまたは充電源に取り付けます。正に帯電した電極はアノードと呼ばれ、負に帯電した電極はカソードと呼ばれます。バッテリーは電極に充電され(電子が固体の導電性材料を通過する従来の方法)、液体中の明確な電荷源となり、電界を生成します。

溶液中のイオンは、電荷に応じてこの電界に応答します。正に帯電したイオン(塩溶液中のナトリウム)はカソードに引き付けられ、負に帯電したイオン(塩溶液中の塩化物イオン)はアノードに引き付けられます。電流は単に電荷の動きであるため、この荷電粒子の動きは電流です。

イオンがそれぞれの電極に到達すると、電子を獲得または失い、元素状態に戻ります。解離した塩の場合、正に帯電したナトリウムイオンがカソードに集まり、電極から電子を拾い上げ、元素のナトリウムとして残します。

同時に、塩化物イオンはアノードで「余分な」電子を失い、電子を電極に流入させて回路を完成させます。このプロセスが、イオン化合物が水中で電気を伝導する理由です。