Почему раствор сахара не проводит электрический ток, а раствор хлорида натрия проводит
Электрический ток представляет собой направленное перемещение в замкнутой электрической цепи заряженных частиц. Заряженные частицы движутся под действием электродвижущей силы к полюсу, знак которого противоположен знаку их заряда. Почему электрический ток раствор сахара не проводит, а раствор хлорида натрия проводит, рассказывается в статье.
Что необходимо для существования электрического тока
Перед тем как рассмотреть вопрос о том, почему электрический ток раствор сахара не проводит, а раствор хлорида натрия проводит, рассмотрим условия, при которых этот ток может существовать.
Во-первых, главным условием возникновения электрического тока является наличие так называемой электродвижущей силы. Эта сила, воздействуя на заряженные частицы, приводит к их направленному движению в замкнутой цепи. В качестве источника электродвижущей силы может выступать электрическая батарея, генератор и некоторые другие приборы.
Во-вторых, для существования в замкнутой цепи тока необходимо наличие заряженных и свободных частиц, то есть таких, которые под действием электрического поля могли бы направленно перемещаться к положительному или отрицательному полюсам источника тока.
Например, в металлических материалах присутствует большое количество свободных валентных электронов, которые являются носителями электрического заряда. Твердые вещества, которые проводят электрический ток, носят название проводников.
В случае растворов в качестве носителей заряда могут выступать заряженные группы атомов (катионы и анионы). Проводящие электрический ток растворы называют электролитами.
Электропроводность воды
Вода представляет собой с химической точки зрения соединение H2O. Молекула воды является электрически нейтральной, поэтому участвовать в переносе электрического заряда не может, иными словами чистая вода — это плохой проводник электрического тока, однако сама молекула является электрически полярной, поскольку большая плотность электронов сосредоточена в области атома кислорода.
Для воды электрическая проводимость повышается за счет присутствия в ней различных ионов. Так, даже чистая дистиллированная вода обладает некоторой проводимостью из-за растворения в ней углекислого газа с образованием свободных протонов H+ и отрицательно заряженных гидрокарбонатных групп (HCO3)—. За счет этого процесса электропроводность воды дистиллированной равна 5,5*10-6 См/м. Чтобы понять значимость приведенной цифры, отметим, что электропроводность меди при 20 °C составляет 5,96*107 См/м, что больше электропроводности чистой воды на 13 порядков!
Что такое сахар
С точки зрения химии сахар представляет собой дисахарид, формула которого — C12H22O11. Сахар состоит из молекулы сахарозы и молекулы фруктозы. Молекула сахара образуется за счет прочных ковалентных связей между атомами углерода, кислорода и водорода, что является важным моментом для понимания, почему не проводит электрический ток раствор сахара.
Говоря о физических свойствах сахара, следует отметить, что он обладает высокой растворимостью в воде. Так, при 20 °C в 100 г воды можно растворить 203,9 г сахара. При увеличении температуры воды этот показатель также растет, достигая значения 478,2 г при 100 °C. Водный раствор сахара называется сиропом.
Что такое хлорид натрия
Хлорид натрия или столовая соль представляет собой вещество, химическая формула которого — NaCl. В природе хлорид натрия присутствует в форме минерала галита. В твердом состоянии NaCl представляет собой ионный кристалл, образованный анионами Cl— и катионами Na+, которые находятся в узлах кристаллической решетки. Каждый ион в решетке окружен шестью ионами, имеющими противоположный знак и расположенными в вершинах октаэдра.
У хлорида натрия кристаллическая решетка является сложной. Ее можно представить как две гранецентрированные кубические решетки (одна образована катионами Na+, а другая анионами Cl—), вставленные друг в друга.
Для понимания ответа на вопрос о том, почему раствор сахара электрический ток не проводит, а раствор хлорида натрия проводит, также важно знать, что поваренная соль отлично растворяется в воде.
Что происходит при растворении в воде сахара и хлорида натрия
Зная необходимые условия для возникновения электрического тока, а также химический состав и кристаллическую структуру сахара и хлорида натрия, перейдем непосредственно к ответу на вопрос о том, почему раствор хлорида натрия проводит, а раствор сахара не проводит электрический ток.
Сначала рассмотрим, что происходит с кристаллом NaCl в воде. Полярность молекул H2O приводит к тому, что они окружают катионы и анионы кристалла NaCl и просто «разбирают» его на части. Растворяясь в воде, хлорид натрия переходит в свободные ионы Na+ и Cl—, которые способны участвовать в образовании электрического тока. В зависимости от концентрации растворенной соли, проводимость воды повышается на несколько порядков.
Почему раствор сахарного песка электрического тока не проводит? Все просто, полярные молекулы воды также разрушают связи между молекулами дисахарида в кристалле (эти связи имеют ван-дер-ваальсовую природу), в результате в растворе оказываются окруженные водой молекулы C12H22O11, которые являются электрически нейтральными, то есть они не способны участвовать в поддержании электрического тока в этом растворе.
fb.ru
Какие вещества проводят электрический ток
Из физики известно, что электрический ток – это направленное движение электрически заряженных частиц. Разные вещества проводят электрический ток по-разному. По способности передавать электрические заряды вещества делятся на ПРОВОДНИКИ и НЕПРОВОДНИКИ электричества.
Проводниками называют тела, через которые электрические заряды могут проходить от заряженного тела к незаряженному, в проводниках имеется очень много свободных заряженных частиц. Хорошие проводники электричества – это металлы, почва, вода с растворенными в ней солями, кислотами или щелочами, графит и некоторые виды органических веществ. Тело человека также проводит электричество. Это можно показать на опыте с электроскопом. Зарядим электроскоп с помощью эбонитовой или стеклянной палочки, стрелка отклонится Затем дотронемся до заряженного электроскопа рукой. Стрелка тотчас вернётся в исходное положение – к нулю. Заряд с электроскопа уходит в наше тело. В данном опыте с небольшим зарядом это не опасно, но ощутимо «щёлкает» по пальцам. А большие заряды и токи опасны для жизни и здоровья.
Из металлов лучшие проводники электричества – серебро, медь, алюминий. Даже в обычной водопроводной воде растворено столько всевозможных солей, что она является весьма хорошим проводником, и об этом нельзя забывать, работая с электрооборудованием в условиях повышенной влажности иначе можно получить весьма ощутимый удар током, это опасно.
Проходя через живой организм электрический ток производит разные действия: термическое – ожоги определённых участков тела, нагрев кровеносных сосудов, крови, нервов; электролитическое (или химическое) – разложение крови и других органических жидкостей; биологическое – раздражение и возбуждение живых тканей организма, что сопровождается непроизвольными судорожными сокращением мышц, в том числе мышц сердца и лёгких. В результате всего этого могут возникнуть различные нарушения в организме вплоть до полной остановки работы сердца и лёгких.
Непроводниками называют такие тела, через которые электрические заряды не могут переходить от заряженного тела к незаряженному, так как в диэлектриках очень мало свободных заряженных частиц. Непроводниками электричества, или диэлектриками, являются эбонит, янтарь, фарфор, резина, различные пластмассы, шелк, капрон, масла, воздух (газы), стекло, плексиглас, сухое дерево и бумага. Изготовленные из диэлектриков тела называются ИЗОЛЯТОРАМИ (от итальянского слова ИЗОЛЯРО – уединять).
Проводники служат для передачи на расстояние электрической энергии (электрического тока), именно из них, в основном, изготавливаются высоковольтные электрические кабели, бытовая электропроводка. Изоляторы используются для обособления, изолирования проводников и обеспечения безопасности людей при работе с электроприборами. Для передачи электроэнергии необходимо собрать замкнутую электрическую цепь, в которую входят источник электрической энергии, проводники, по которым от этого источника электрический ток поступает к потребителям электрической энергии, и сами потребители.
При проведении опытов по электричеству всегда используются и проводники, и диэлектрики. Например, используя два электроскопа, мы зарядили один из них отрицательным зарядом, полученным на эбонитовой палочке при её трении о шерсть. При этом стрелка электроскопа отклонилась, показывая наличие заряда на нём. Если затем взять металлический стержень на изолирующей пластмассовой рукоятке и соединить заряженный электроскоп с незаряженным, то по проводящему ток стержню заряды частично перейдут на второй электроскоп , а вот разрядки электроскопа, как в случае его касания голой рукой, не происходит, так как рукоятка не проводит ток к руке человека. Именно поэтому рукоятки различных инструментов, например отвёрток, плоскогубцев, кусачек, делают из непроводящих материалов.
Основные меры защиты от поражения электрическим током:
• обеспечение недоступности токоведущих частей, находящихся под напряжением, для случайного прикосновения,
• защитное заземление, защитное отключение электроприборов;
• использование по возможности низких напряжений, особенно во влажных помещениях;
• применение двойной изоляции.
Знание и соблюдение правил техники безопасности при работе с электрическим током и различными электроприборами обязательно и для взрослых, и для детей. Чтобы учащимся младших классов было легче запомнить эти правила, можно использовать различные запоминающиеся плакаты, стихи. Примеры я подобрал из различных источников, кое-что придумал сам и оформил как советы по электробезопасности в приложении 1 к моей работе. В приложении 2 приведены меры первой помощи при поражении электрическим током.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ
Электропроводность веществ можно испытать с помощью специального прибора, но мы использовали обычную электрическую цепь. Главный элемент любой электрической цепи – источник электрического тока. Без него электрическая цепь не будет работать. Когда вы включаете в розетку вилку питающего шнура телевизора, для электрического утюга, чайников и других электроприборов – потребителей электрической энергии, то вы, по сути, подключаетесь к электростанции – производителю этой электроэнергии.
Для того чтобы проверить электропроводность твердых веществ, я собрал электрическую цепь , в которую входили: источник тока, ключ для замыкания и размыкания цепи, лампа для того, чтобы проверить, есть ток или нет, и контакты для подключения вещества в цепь.
Когда контакты помещают в вещество, становится ясно, проводит ли это вещество ток. Если вещество проводит электрический ток, цепь замыкается, и лампочка загорается . Если вещество неэлектропроводно, цепь остается разомкнутой, и лампочка не горит.
Опыт 1. Исследование твердых веществ.
В таблице 1 указаны десять твердых веществ, которые мы исследовали на электропроводность. В результате проверки выяснилось,
Таблица 1.
алюминий + пластмасса –
сталь + стекло –
латунь + орг. стекло –
медь + магнит –
древесина – резина – что алюминий, сталь, латунь, медь проводят электрический ток, а древесина, пластмасса, стекло, оргстекло, магнит и резина не проводят электрический ток.
Опыт 2. Исследование жидких веществ.
Для того, чтобы проверить электропроводность жидких веществ, мы изменили электрическую цепь (рис. 5). Кроме источника тока и ключа в цепь добавили амперметр вместо лампы и электролитический стакан вместо контактов.
Таблица 2.
чистая вода –
раствор поваренной соли +
раствор медного купороса +
раствор морской соли +
раствор сахара –
В электролитический стакан мы помещали разные жидкости. Если у амперметра при замыкании цепи стрелка отклонялась, значит, данная жидкость проводит электрический ток.
В результате нашего эксперимента выяснилось, что раствор поваренной соли, медного купороса и морской соли проводит электрический ток, а чистая вода и сахарный сироп – нет .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведённые опыты подтвердили, что некоторые вещества хорошо проводят ток, это различные металлы и растворы солей. Другие твёрдые и жидкие вещества являются диэлектриками, т. е. непроводниками, это пластмассы или резина, из которых делают изоляцию электропроводов и корпуса электрических приборов, и многие другие вещества.
Моя работа достаточно важна для меня и других школьников, так как для безопасной работы с электрическими приборами дома и в школе нужно знать, как поступать в некоторых жизненных ситуациях. Например, человека ударило током от оборванного провода. Ни в коем случае нельзя трогать этот провод и человека голыми руками. Нужно отодвинуть провод с помощью какого-то не проводящего ток предмета, например сухой деревянной палки.
Чтобы научить учеников младших классов правилам электробезопасности, можно использовать подготовленные мной советы.
www.hintfox.com
Упражнение: 1 | Гидроксида калия KOH – сильный электролит, в растворе практически полностью диссоциирует (распадается) на ионы, которые проводят электрический ток. |
Упражнение: 2 Почему при разбавлении растворов электролита степень его диссоциации увеличивается? | В растворе постоянно происходят два процесса: — ассоциация (обратное образование из ионов молекул ≅ Nр) При разбавлении раствора число распавшихся ионов не меняется, но образование из распавшихся ионов молекул затрудняется из-за более редкого столкновения ионов в разбавленном растворе. α = Nд / Nр, если Nд не меняется, а Nр уменьшается, то значение степени диссоциации α увеличивается. |
Упражнение: 3 Докажите, что деление химических связей на ковалентную полярную и ионную условно. | Кроме того общее для ковалентной полярной и ионной химической связи это поведение в растворах: сильные электролиты и с ковалентной химической связью и с ионной распадаются (диссоциируют) на ионы. |
Упражнение: 4 Как отличается по своей природе электропроводность металлов и электролитов? | Электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное (направленное) движение свободных электронов. |
Упражнение: 5 Как объяснить электрическую проводимость водных растворов электролитов? | При подаче к раствору электролита разности потенциалов, положительно заряженные ионы движутся к отрицательно заряженному полюсу источника тока, наоборот отрицательно заряженные ионы движутся к положительно заряженному полюсу источника тока. В растворе образуется упорядоченное движение ионов – электрический ток. |
reshebnikxim.narod.ru
Leave A Comment