Электропроводность жидкостей - важное свойство, которое определяет их практическое применение. Давайте разберемся, почему одни растворы, например хлорида натрия, проводят электрический ток, а другие, такие как раствор сахара, нет.
Теоретические основы электропроводности растворов
Чтобы возник электрический ток, необходимы два условия:
- Наличие электродвижущей силы (источника тока)
- Присутствие свободных заряженных частиц
В металлах и их расплавах носителями заряда являются электроны. А в растворах - ионы, образующиеся при диссоциации молекул или кристаллов.
Рассмотрим подробно состав и свойства сахара и хлорида натрия.
Химический состав сахара
Сахар представляет собой дисахарид с молекулярной формулой C12H22O11. Его молекула состоит из атомов углерода, водорода и кислорода, связанных ковалентными полярными связями.
Раствор сахара не проводит электрический ток, так как его молекулы полярны и не образуют ионы при растворении в воде.
Отметим также высокую растворимость сахара в воде: при 20°С в 100 г воды растворяется 203,9 г сахара.
Хлорид натрия как типичный представитель солей
В отличие от сахара, хлорид натрия или поваренная соль является кристаллическим веществом с ионным типом связи. Его формула - NaCl .
В твердом состоянии хлорид натрия образован ионами Na+ и Cl-, занимающими узлы кристаллической решетки. При растворении в воде эти ионы становятся свободными и могут участвовать в проведении электрического тока.
Как и сахар, хлорид натрия отлично растворим в воде. Так почему же растворы этих веществ ведут себя по-разному?
Причина различий в электропроводности
Как было показано выше, поясните почему раствор сахара не проводит электрический ток из-за отсутствия свободных носителей заряда. Хотя при растворении в воде разрушается кристаллическая решетка сахара, сами молекулы C12H22O11 остаются целыми и не диссоциируют на ионы.
В то же время ионный кристалл NaCl при растворении в воде распадается именно на заряженные ионы натрия и хлора, что и обуславливает электропроводность этого раствора.
| Растворенное вещество | Носители заряда | Электропроводность |
| Сахар | Отсутствуют | Не проводит ток |
| Хлорид натрия | Ионы Na+ и Cl- | Проводит ток |
Экспериментальная проверка теории
Чтобы убедиться в справедливости теоретических рассуждений о причинах электропроводности растворов, проведем простой эксперимент.
Необходимые материалы и оборудование
- Сахар-песок
- Поваренная соль
- Дистиллированная вода
- Стаканы или колбы на 100 мл
- Весы
- Электрическая цепь с источником тока и амперметром
- Два электрода из инертного материала
Приготовление растворов
Поясните, почему для эксперимента нужна дистиллированная вода. Это связано с тем, что обычная водопроводная вода уже содержит примеси, из-за чего может проводить электрический ток.
Готовим два раствора:
- 100 мл 0,1 М раствора хлорида натрия (0,58 г соли)
- 100 мл 0,1 М раствора сахара (18 г сахара)
Перемешиваем растворы до полного растворения твердых веществ.
Измерение электропроводности
Собираем электрическую цепь, в которую в качестве проводника включаем исследуемый раствор. Опускаем электроды и фиксируем показания прибора.
Для раствора хлорида натрия амперметр покажет ненулевой ток, а для раствора сахара - ток отсутствует. Это полностью подтверждает вывод о том, поясните почему раствор сахара не проводит электрический ток.
Рекомендации по технике эксперимента
Чтобы повысить точность опыта, поясните несколько важных нюансов.
Во-первых, концентрация растворов должна быть одинаковой, чтобы результаты были сопоставимыми. Во-вторых, температура растворов тоже должна совпадать.
Кроме того, показания приборов следует фиксировать не сразу, а через пару минут после погружения электродов, чтобы система пришла в равновесное состояние.
Перспективы дальнейшего исследования
Можно предложить несколько направлений для самостоятельного изучения данной темы.
Во-первых, поясните почему раствор сахара не проводит электрический ток при различных концентрациях сахара и определите пороговое значение, выше которого появится электропроводность.
Во-вторых, исследуйте температурную зависимость электропроводности растворов солей и сахаров. Как изменится картина при нагревании или охлаждении?
Наконец, можно попробовать объяснить, почему сахар не проводит электрический ток. Какие процессы могут вызвать появление свободных носителей заряда в растворах сахара?
