بررسی رسانایی آب

قبل از هر چیز بیاید کمی بیشتر با مفهوم جریان الکتریکی و رسانایی الکتریکی آشنا شویم.

الکترون ها که بار الکتریکی منفی دارند، در برخی اجسام - مانند اکثر فلزات از جمله آهن ، طلا و... - به شکل آزاد هستند و در مدار اتم ها قرار نگرفته اند و می توانند آزادانه حرکت کنند. به این الکترون ها ، الکترون آزاد می گویند.

در حالت عادی و بدون وجود اختلاف پتانسیل الکتریکی در اطراف جسم، الکترون ها به صورت نامنظم و در همه جهات حرکت می کنند ( به این نوع حرکت، حرکت کاتوره ای می گویند). اما اگر اختلاف پتانسیلی در جسم به وجود بیاید (مثلا به کمک باتری و... ) حرکت یا شارش الکترون ها کمی جهت دار می شود و اصطلاحا « شارش بار خالص » رخ می دهد. در این حالت جریان الکتریکی به وجود می آید که واحد آن آمپر (A) یا کولن بر ثانیه است. کولن واحد بار الکتریکی می باشد.

اجسامی که به الکترون ها اجازه میدهند به طور آزادانه در آنها حرکت کنند را اجسام رسانا می گویند. در این اجسام بار های الکتریکی می توانند به راحتی جابجا شوند. مانند آهن و تمام فلزات.

اما اجسام نارسانا به الکترون ها اجازه نمی دهند به طور آزادانه حرکت کنند و الکترون آزاد ندارند. مانند چوب و اکثر نافلزات.

حال که با مفهوم جریان الکتریکی و رسانایی و نارسانایی اجسام بهتر آشنا شدیم، می توانیم برویم سراغ اصل مطلب و رسانایی الکتریکی آب را بررسی کنیم.

جالب است بدانید که بر خلاف تصور اکثر مردم ، آب به هیچ عنوان رسانای خوبی برای جریان الکتریسیته نیست! وقتی از کلمه « آب » استفاده می کنیم، منظورمان نمونه ای از مولکول های آب است و این نمونه خالص می باشد ( همان آب مقطر! ).

یعنی اگر سیم برقی که جریان الکتریکی دارد را درون آب خالص قرار بدهید و دست خود را در آن آب فرو ببرید، هیچ شوک الکتریکی به شما وارد نمی شود!! (البته این کار را در خانه امتحان نکنید؛ چون آب باید کاملا خالص باشد!!!! ).

احتمالا شما هم یا به طور شخصی و یا با چیز هایی که شنیده بودید، انتظار داشتید آب رسانای جریان الکتریسیته باشد. توجه داشته باشید که ما گفتیم آب خالص رسانای جریان الکتریسیته نیست و درباره آب ناخالص ، صحبتی نکردیم!

آب ناخالص ، برخلاف آب خالص ، می تواند ( نه الزاما ) رسانای جریان الکتریسیته باشد! اگر کمی گیج شده اید، ادامه توضیحات را بخوانید :)

اگر ترکیبی یونی درون آب حل شود، محلولی که بدست می آوریم رسانای جریان الکتریسیته است. اما اگر حل شونده مورد نظر، ترکیب یونی نباشد، محلول رسانا نخواهد بود. ( برای داشتن اطلاعات بیشتر درباره ترکیبات یونی و غیر یونی، اینجا کلیک کنید ).

** الکترولیت چیست؟ به محلول های یونی، الکترولیت می گویند.

اجازه بدید برای جلوگیری از فراموشی، یک جمع بندی مختصر از مطالبی که تا اینجا خواندیم داشته باشیم:

1- آب خالص رسانای جریان الکتریسیته نیست.

2- آب ناخالص اگر محلول یونی باشد، رسانای الکتریسیته و در غیر اینصورت، نارسانای الکتریسیته می باشد.

در شکل زیر میبینید که لیوان حاوی آب شیر (آب ناخالص) مانند سیم رسانا عمل می کند و جریان الکتریسیته را منتقل می کند؛ در حالی که لیوان حاوی آب مقطر اجازه عبور جریان الکتریکی را نمی دهد و نارسانا است:

اما برویم سراغ قسمت بعدی و ببینیم که چرا محلول های یونی رسانا و محلول های غیر یونی، نارسانا هستند:

هنگامی که ترکیبی یونی در آب حل می شود، یون های مثبت و منفی سازنده آن از یکدیگر جدا می شوند و به طور همگن در سراسر آب پخش می گردند و یک محلول یونی را تشکیل می دهند ( مانند محلول آب نمک ). در محلول های یونی ، یون های حل شده می توانند آزادانه در آب حرکت کنند.

در اینصورت اگر با ایجاد اختلاف پتانسیل ، قسمتی از محلول مثبت تر از قسمتی دیگر شود، یون های مثبت به سمت منفی تر حرکت می کنند و یون های منفی به سمت مثبت تر. در نتیجه این جابجایی یون ها - که خود دارای بار الکتریکی می باشند - جریان الکتریکی به وجود می آید!

یعنی در محلول های یونی، ایجاد جریان به کمک الکترون های منفرد و آزاد ایجاد نمیشود، بلکه با جابجایی یون های آزاد در محلول، جریان و شارش بار الکتریکی خالص رخ می دهد و جریان الکتریکی می تواند حرکت کند و محلول یونی ما، مانند یک رسانای الکتریکی عمل می کند.

پس محلول هایی که حل شونده‌ی آنها ترکیب یونی هستند، می توانند جریان الکترسیته را انتقال دهند. محلول هایی مانند محلول آب نمک ، محلول پتاسیم پرمنگنات و... از این دست هستند.

در شکل زیر میبینیم که چگونه با جابجایی یون ها، جریان الکترسیته می تواند در محلول الکترولیت حرکت کند:

اما با حل شدن حل شونده های غیر یونی، مولکول های آنان به طور همگن در سراسر محلول پخش می شوند و می توانند حرکت کنند. اما این مولکول ها نمی توانند باعث ایجاد جریان الکتریکی و انتقال آن شوند، زیرا بار خالص مولکول ها ، صفر است و مولکول ها بار الکتریکی ندارند!!

در نتیجه نباید از محلول هایی مانند آب و الکل یا آب و شکر انتظار داشت که رسانای خوبی برای جریان الکتریسیته باشند.

پس اگر شنیدید که فردی بر اثر برق گرفتگی در آب دچار مشکل شده، درست شنیدید، ولی منظور از آب، آب ناخالصی است که در آن ترکیبات یونی حل شده اند. تقریبا تمام آب های اطراف ما ناخالص هستند و دارای مقداری ترکیبات یونی محلول می باشند، از آب لوله کشی گرفته تا آب رودخانه و دریا ها!

* توجه داشته باشید که میزان رسانایی الکتریکی محلول های یونی، با افزایش مقدار حل شونده یونی ، افزایش می یابد. بنظر شما چرا این اتفاق می افتد؟

زیرا یون های بیش تری در محلول حضور دارند تا جریان الکتریسیته را منتقل کنند و انتقال جریان بهتر و سریع تر انجام می شود.

شما می توانید با انجام آزمایشی نسبتا ساده، درستی مطالبی که گفتیم را مشاهده کنید. برای داشتن اطلاعات بیشتر درباره این آزمایش، اینجا کلیک کنید.

**در انتها از شما میخواهم به پرسش زیر پاسخ دهید :

میزان روشنایی لامپ در مداری مانند تصویر بالا را که شامل محلول های زیر هستند، با یکدیگر مقایسه کنید:

الف) محلول 20 درصد کات کبود (مس سولفات)       ب) محلول 60 درصد آب و الکل     ج) محلول 40 درصد کات کبود (مس سولفات)

.

.

.

.

پاسخ: با توجه به میزان الکترولیت های موجود در محلول، به جواب میرسیم: ج > الف > ب

خب بخش اصلی صحبت هایمان تمام شد.

در انتها خلاصه ای از مطالب گفته شده را قرار دادم تا هم مطالب را باری دیگر مرور کنیم و همچنین دوستانی که عجله داشتند و مقاله را کامل نخواندند، به جواب خود برسند:

آب خالص نمی تواند رسانای جریان الکتریسیته باشد. اما اگر در آب حل شونده ای یونی حل شود، با جابجای یون های آزاد، بار های الکتریکی نیز جابجا می شوند و جریان الکتریکی می تواند منتقل شود. اما اگر در آب ماده ای غیر یونی حل شود، همچنان محلول حاصل، غیر رسانا خواهد بود.

پایان مقاله - نویسنده:: محمد محسنی

امیدوارم مورد استفاده مفید تمام کاربران عزیز قرار گرفته باشد.