Електричний струм являє собою спрямоване переміщення в замкнутому електричному ланцюзі заряджених частинок. Заряджені частки рухаються під дією електрорушійної сили до полюса, знак якого протилежний знаку їх заряду. Чому електричний струм розчин цукру не проводить, а розчин хлориду натрію проводить, розповідається в статті.
Що необхідно для існування електричного струму
Перед тим як розглянути питання про те, чому електричний струм розчин цукру не проводить, а розчин хлориду натрію проводить, розглянемо умови, при яких цей струм може існувати.
По-перше, головною умовою виникнення електричного струму є наявність так званої електрорушійної сили. Ця сила, впливаючи на заряджені частинки, що призводить до їх направленого руху в замкнутій ланцюга. В якості джерела електрорушійної сили може виступати електрична батарея, генератор і деякі інші прилади.
По-друге, для існування в замкнутому ланцюзі струму необхідна наявність і вільних заряджених частинок, тобто таких, які під дією електричного поля могли б направлено переміщуватись до позитивного або негативного полюса джерела струму.
Наприклад, в металевих матеріалах присутня велика кількість вільних валентних електронів, які є носіями електричного заряду. Тверді речовини, які проводять електричний струм, носять назву провідників.
У разі розчинів в якості носіїв заряду можуть виступати заряджені групи атомів (катіони і аніони). Проводять електричний струм розчини називають електролітами.
Електропровідність води
Вода являє собою з хімічної точки зору з’єднання H2O. Молекула води є електрично нейтральною, тому брати участь у перенесення електричного заряду не може, іншими словами чиста вода – це поганий провідник електричного струму, однак сама молекула є електрично полярної, оскільки велика щільність електронів зосереджена в області атома кисню.
Для води електрична провідність підвищується за рахунок присутності в ній різних іонів. Так, навіть чиста дистильована вода володіє певною провідністю через розчинення в ній вуглекислого газу з утворенням вільних протонів H+ і негативно заряджених гідрокарбонатних груп (HCO3)-. За рахунок цього процесу електропровідність води дистильованої дорівнює 5,5*10-6 См/м. Щоб зрозуміти значимість наведеної цифри, зазначимо, що електропровідність міді при 20 °C становить 5,96*107 См/м, що більше електропровідності чистої води на 13 порядків!
Що таке цукор
З точки зору хімії цукор являє собою дисахарид, формула якого – C12H22O11. Цукор складається з молекули сахарози і молекули фруктози. Молекула цукру утворюється за рахунок міцних ковалентних зв’язків між атомами вуглецю, кисню і водню, що є важливим моментом для розуміння, чому не проводить електричний струм розчин цукру.
Говорячи про фізичні властивості цукру, слід зазначити, що він володіє високою розчинністю у воді. Так, при 20 °C в 100 г води можна розчинити 203,9 г цукру. При збільшенні температури води цей показник також зростає, досягаючи значення 478,2 г при 100 °C. Водний розчин цукру називається сиропом.
Що таке хлорид натрію
Хлорид натрію або столова сіль являє собою речовина, хімічна формула якого – NaCl. У природі хлорид натрію присутній у формі мінералу галіту. У твердому стані NaCl являє собою іонний кристал, утворений аніонами Cl – і катіонами Na+, які знаходяться в вузлах кристалічної решітки. Кожен іон в решітці оточений шістьма іонами, що мають протилежний знак і розташованими у вершинах октаедра.
У хлориду натрію кристалічна решітка є складною. Її можна уявити як дві гранецентрированные кубічні решітки (одна утворена катіонами Na+, а інша аніонами Cl-), вставлені один в одного.
Для розуміння відповіді на питання про те, чому розчин цукру електричний струм не проводить, а розчин хлориду натрію проводить, також важливо знати, що поварена сіль відмінно розчиняється у воді.
Що відбувається при розчиненні у воді цукру і хлориду натрію
Знаючи необхідні умови для виникнення електричного струму, а також хімічний склад і кристалічну структуру цукру і хлориду натрію, перейдемо безпосередньо до відповіді на питання про те, чому розчин хлориду натрію проводить, а розчин цукру не проводить електричний струм.
Спочатку розглянемо, що відбувається з кристалом NaCl у воді. Полярність молекул H2O призводить до того, що вони оточують катіони і аніони кристала NaCl і просто “розбирають” його на частини. Розчиняючись у воді, хлорид натрію переходить у вільні іони Na+ і Cl-, які здатні брати участь в утворенні електричного струму. В залежності від концентрації розчиненої солі, провідність води підвищується на кілька порядків.
Чому розчин цукрового піску електричного струму не проводить? Все просто, полярні молекули води також руйнують зв’язки між молекулами дисахарида в кристалі (ці зв’язки мають ван-дер-ваальсовую природу), у результаті в розчині виявляються оточені водою молекули C12H22O11, які є електрично нейтральними, тобто вони не здатні брати участь у підтримці електричного струму в цьому розчині.
