محلولهای یونی: دنیای شگفتانگیز رساناها
یون چیست و محلول یونی چگونه تشکیل میشود؟
برای درک محلول یونی، اول باید بفهمیم یون[1] چیست. همهٔ مواد از ذرات ریزی به نام اتم ساخته شدهاند. هر اتم هستهای با بار مثبت و الکترونهایی با بار منفی دارد. وقتی یک اتم، یک یا چند الکترون از دست میدهد یا به دست میآورد، به یک ذرهٔ باردار تبدیل میشود که به آن «یون» میگوییم.
حالا فرض کنید مقداری نمک خوراکی ($ NaCl $) را در آب میریزیم. نمک خوراکی از یونهای سدیم ($ Na^+ $) و کلرید ($ Cl^- $) تشکیل شده است. مولکولهای آب با نیرویی خاص، این یونها را از شبکهٔ بلوری نمک جدا کرده و در سراسر آب پخش میکنند. حالا در آب، یونهای مثبت و منفی آزاد و قابل حرکت داریم. به چنین مخلوط همگنی، یک محلول یونی میگویند.
تفاوت الکترولیت و غیرالکترولیت
همهٔ مواد وقتی در آب حل میشوند، محلول یونی تولید نمیکنند. اینجاست که با دو دستهبندی مهم روبهرو میشویم:
| ویژگی | الکترولیت[4] (محلول یونی) | غیرالکترولیت[5] |
|---|---|---|
| رسانایی الکتریکی | رساناست | نارساناست |
| ذرات حلشده | یونهای آزاد (مثبت و منفی) | مولکولهای خنثی (بیبار) |
| نمونههای ملموس | آبدریا، آبلیمو، سرکه، باتری ماشین | آبشکر، محلول الکل، نفتالین حلشده |
| نمونه از فرمول | $ NaCl \rightarrow Na^+ + Cl^- $ | $ C_{12}H_{22}O_{11} (s) \rightarrow C_{12}H_{22}O_{11} (aq) $ |
پس به زبان ساده: الکترولیت همان محلول یونی است که رسانایی دارد. غیرالکترولیت محلولی است که ذرات باردار آزاد در آن وجود ندارد و بنابراین جریان برق را عبور نمیدهد. یک آزمایش ساده با لامپ و مدار الکتریکی میتواند این تفاوت را به خوبی نشان دهد.
محلولهای یونی در اطراف ما: از آشپزخانه تا صنعت
شاید جالب باشد بدانید که محلولهای یونی مهمان همیشگی زندگی ما هستند. در آشپزخانه، آبلیمو و سرکه به دلیل داشتن اسیدهایی که در آب به یون تفکیک میشوند، الکترولیتهای ضعیفی هستند. اگر دو میخ فلزی مختلف (مثل میخ مسی و میخ آهنی) را در یک لیموترش فرو ببرید و به یک ساعت ساده وصل کنید، میبینید که ساعت روشن میشود! این یک باتری لیمویی ساده است که کار آن وابسته به وجود یونها در آبلیمو است.
در طبیعت، آبدریا یک الکترولیت بسیار قوی است زیرا مقدار زیادی نمک (عمدتاً $ NaCl $) در خود حل کرده است. همین موضوع باعث میشود آب دریا بسیار بهتر از آب خالص (که غیرالکترولیت است) جریان برق را هدایت کند. در صنعت، محلولهای یونی قلب باتریهای ماشین (باتری سربی-اسیدی) هستند. در این باتریها، یک اسید قوی به عنوان الکترولیت، با تولید و حرکت یونها بین دو فلز مختلف، برق تولید میکند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. شرط رسانایی، وجود یونهای آزاد و متحرک است. بسیاری از مایعات مانند نفت، الکل خالص یا آب مقطر، فاقد این یونها هستند و بنابراین با وجود خیس بودن، نارسانای الکتریکی محسوب میشوند.
پاسخ: زیرا نمک از ابتدا به صورت یونی است و در آب به یونهای تشکیلدهندهاش (سدیم و کلرید) تفکیک میشود. اما شکر از مولکولهای خنثی تشکیل شده و هنگام حل شدن، همچنان به صورت مولکولهای خنثی در آب پخش میشود و یونی تولید نمیکند.
پاسخ: به طور کلی بله، تا یک حد مشخص. چون با افزایش مقدار نمک، تعداد یونهای آزاد در واحد حجم بیشتر میشود و رسانایی افزایش مییابد. اما اگر محلول خیلی غلیظ شود، ممکن است حرکت یونها کمی محدود شده و سرعت افزایش رسانایی کمتر شود.
پاورقی
[1]یون (Ion): ذرهای اتمی یا مولکولی که به دلیل از دست دادن یا به دست آوردن الکترون، بار الکتریکی دارد.
[2]کاتیون (Cation): یونی با بار الکتریکی مثبت که از از دست دادن الکترون(ها) توسط یک اتم تشکیل میشود.
[3]آنیون (Anion): یونی با بار الکتریکی منفی که از به دست آوردن الکترون(ها) توسط یک اتم تشکیل میشود.
[4]الکترولیت (Electrolyte): مادهای که وقتی در یک حلال (مانند آب) حل میشود، محلولی تشکیل میدهد که قادر به هدایت جریان الکتریسیته است.
[5]غیرالکترولیت (Nonelectrolyte): مادهای که وقتی در یک حلال حل میشود، محلولی تشکیل میدهد که قادر به هدایت جریان الکتریسیته نیست.
