¿Cómo puede el agua salada conducir la carga eléctrica entre dos cables?

La solución de agua salada (NaCL) es una solución de electrolyte que es, esencialmente, una solución conductora.

La conductividad del agua salada se debe a la presencia de iones con carga positiva y negativa. Estos iones en solución son libres de acelerar en presencia de un campo eléctrico y, por lo tanto, como los electrones libres en un conductor de metal, pueden participar en un electric current (no debe confundirse con una electron current).

Cuando hay una corriente eléctrica a través del agua salada, en realidad hay dos contribuciones: (1) los iones de sodio positivos se desvían en la dirección de la corriente eléctrica y (2) los iones de cloro negativos se desvían en la dirección opuesta.

Si bien puede parecer que las corrientes de iones dirigidas de manera opuesta deberían cancelarlas, de hecho, agregar . El flujo de iones negativos contribuye a una corriente eléctrica en la dirección opuesta debido al signo negativo de su carga .

En la interfaz entre el conductor metálico y el agua salada, hay reacciones que eliminan electrones o agregan electrones a los conductores, completando así el camino para que la carga fluya alrededor del circuito.

De la sección del libro de texto GenChem en línea en Electrolysis :

  

Figura1Unaceldaelectrolítica.Labateríabombeaelectroneslejosde  elánodo(haciéndolopositivo)yenelcátodo(haciéndolo  negativo).Elánodopositivoatraealosanioneshaciaél,mientrasque  Elcátodonegativoatraealoscationeshaciaél.Corrienteeléctricaes  transportadoporelectronesenelalambreyelectrodos,peroestransportadopor  Anionesycationesquesemuevenendireccionesopuestasenlapropiacélula.  Dadoqueelánodopuedeaceptarelectrones,laoxidaciónseproduceenese  electrodo.Elcátodoesundonantedeelectronesypuedecausarreduccióna  ocurrir.

Esimportantetenerencuentaquelacorrienteeléctricasedefinesimplementecomoelflujodecargaeléctricayestadefiniciónnodependedelasespeciesde carrier de carga .

De hecho, solo hay una corriente eléctrica en el circuito, mientras que hay tres (o más) especies diferentes de portadores de carga a lo largo de la trayectoria del circuito: (1 ) electrones en los conductores metálicos, (2) iones de sodio positivos en el agua salada, (3) iones de cloro negativos en el agua salada y (4+) si la fuente de voltaje es una batería, iones en el electrolito de la batería.

La mayoría de los materiales no cambian cuando una corriente fluye a través del material. El material de alguna manera permite que la carga (en la mayoría de los casos, los electrones) pase a través del material sin afectar el material. Los metales son muy buenos en esto porque algunos de los electrones en un metal están muy poco ligados a los átomos.

El agua pura consiste principalmente de moléculas de H20. Ofrecen muy pocas opciones para que los electrones pasen a través del fluido.

El agua salada se compone (en su mayoría) de moléculas de H20, iones Na + y iones Cl. Cuando se colocan dos electrodos en un fluido de este tipo con alguna diferencia de potencial, los iones Na + serán atraídos por el electrodo negativo y se moverán (algo más) hacia ese electrodo. Del mismo modo para los electrones y el electrodo positivo.

Cuando el voltaje (diferencia de potencial) es lo suficientemente grande, los iones Cl en el electrodo positivo darán un electrón al electrodo y se recombinarán a las moléculas de Cl2 (o reaccionarán con el electrodo). Podrás ver y / o oler esto. La situación en el lado negativo es más compleja, pero en ese lado el resultado neto será que el Na + ayudará al H20 a convertirse en H2 y OH-. Verás burbujas de gas H2 aquí.

El efecto neto es que el NaCl y el agua se convierten en gas Cl2 y gas H2. Esta es una reacción química. Es bastante diferente de la conducción de electrones normal:

• durará solo mientras quede NaCl (o mejor dicho: clions) dejado
• requiere un voltaje mínimo

Sin el NaCl, se puede llevar a cabo un proceso similar, utilizando la pequeña cantidad de moléculas de H2O que se disuelven en los iones H + y OH-. Debido a que esta cantidad es muy pequeña, el agua pura conducirá mucho menos que el agua salada.

En cierto sentido, esta conducción electroquímica es más como cargar una batería que empujar corriente a través de un cable. En un cable (u otro material resistivo), toda la energía de la corriente eléctrica * se convierte en calor. Con la conducción electroquímica, parte de la energía entra en la reacción química endotérmica (= que consume energía). Con un montón de trabajo adicional (en este caso, o. Capturar los gases y mantenerlos cerca de los electrodos) lo que obtiene es una batería cargada: puede suministrar corriente cuando conecta sus dos cables.

Entonces, una respuesta muy breve a tu pregunta podría ser: porque el agua salada se comporta como una cuenta (mal diseñada).

Solo para agregar, ya que ninguna de las otras respuestas lo ha señalado, pero la electricidad PUEDE saltar por el aire . O incluso goma u otros aisladores, con el voltaje y la corriente adecuados. ¿Alguna vez viste una chispa? Se puede salvar un espacio de aire entre dos cables, y esto ocurre accidentalmente (se enciende cuando se conecta algo a una toma de corriente, cuando se conectan cables de puente a un automóvil, electricidad estática) o intencionalmente (bujías de encendido, encendedores eléctricos, escaleras de Jacob). A un cierto voltaje / corriente, normalmente el material aislante como el caucho y el vidrio puede conducir la electricidad, a un voltaje de ruptura. Esta es la fuerza dieléctrica del material. La mayoría de las cosas se pueden hacer para llevar a cabo si se les da suficiente jugo. El agua salada es relativamente más fácil de hacer.

Si bien es cierto que hay cierto movimiento físico real de electrones de átomo a átomo o de molécula a molécula, la mayor parte de la energía es en realidad electrones que se mueven a estados de carga más elevados dentro de un átomo y en esencia el material que los átomos residen dentro. Esto es vibración electrónica.

Esta energía se transfiere a electrones cercanos que producen el "movimiento" de la corriente ... los electrones en el material pasan a estados de mayor energía y ocupan esas capas con la energía transferida a cualquier cosa que esté dispuesta a aceptarlo ... un conductor. El agua salada, por su composición, es un excelente conductor. La velocidad del movimiento físico de los electrones es la misma en cada material con respecto al voltaje, la corriente y la frecuencia ... que normalmente es de solo pulgadas por hora.

El movimiento observado de electrones no se puede utilizar para determinar el nivel de carga contenido en el material.

Se trata de la resistividad a granel de los materiales. Hacemos cables con materiales de baja resistividad porque el trabajo de un cable es pasar corriente y, de lo contrario, salir del camino. Resulta que el agua salada tiene una mayor resistividad que el cobre y otros "conductores", pero aún mucho menos que los "aislantes" como el vidrio y la mayoría de los plásticos.

Su pregunta no es diferente de preguntar cómo los electrones pasan de un extremo de una resistencia al otro. Sí, los electrones viajan a través del material resistivo. Sin embargo, no están tan "sueltos" en el material resistivo como lo están en los electrodos más conductores. Pero el principio es el mismo. Después de todo, estos electrodos también tienen cierta resistividad, siempre y cuando no estemos hablando de superconductores. Así que es sólo una cuestión o grado. Si puedes creer que los electrones fluyen en el cobre, que tiene cierta resistividad finita, entonces deberías poder creer que pueden fluir en algo con el doble de resistividad. Por extensión, deberías poder creer que pueden fluir en algo que duplica la resistividad. Iterar indiferentemente.

Finalmente, se llega a resistividades tan altas que el flujo es muy pequeño, tan pequeño que llamamos "aisladores" a estos materiales. Sin embargo, eso es sólo una cuestión de magnitud relativa. Los electrones fluyen un poco en los aisladores, pero los muchos órdenes de magnitud entre la resistividad del cobre y el vidrio nos permiten hacer suposiciones simplificadas y llamar a uno "conductor" y al otro "aislante".