Вода є однією з найпоширеніших речовин на землі, і вона відіграє величезну роль у нашому житті. Ми використовуємо її для різних цілей - від пиття і кулінарії до сільського господарства і виробництва. Однак, одна з найбільш фундаментальних особливостей води полягає в тому, що вона не проводить електрику. Ця особливість води пов'язана з її молекулярною структурою та поведінкою її частинок.
Молекули води складаються з двох атомів водню і одного атома кисню, пов'язаних між собою. При кімнатній температурі ці молекули знаходяться в рідкому стані і утворюють мережу взаємодій, відому як водневий зв'язок. Водневі зв'язки мають сильне тяжіння і служать основою для зв'язування молекул води в рідині.
Коли електричний струм проходить через речовину, він рухається завдяки наявності вільних електронів або заряджених частинок. У разі води, молекули водню володіють прилипливістю один до одного і не дозволяють вільним зарядженим частинкам переміщатися в речовині. Це призводить до того, що вода не проводить електрику як метали або інші речовини з вільними зарядженими частинками.
Фізичні властивості води
Щільність: Вода має високу щільність при низьких температурах і досягає своєї максимальної щільності при 4 градусах Цельсія. При цій температурі частинки води сильніше пов'язані і займають найменший обсяг. При подальшому зниженні температури вода замерзає, стає менш щільною і починає підвищуватися його обсяг.
Теплоємність: Вода має високу теплоємність, що означає, що вона може поглинати або віддавати велику кількість тепла, не змінюючи температуру занадто сильно. Це властивість води грає важливу роль в регулюванні клімату планети, розігріваючись влітку і остигаючи взимку.
Теплопровідність: Вода як рідина має низьку теплопровідність. Це означає, що вона погано передає тепло. В результаті вода може зберігати високу температуру довше, що корисно для підтримки тепла в організмах, що живуть у воді, а також для зниження швидкості втрати тепла в шарах поверхні води.
Ці фізичні властивості води пояснюють, чому вода не проводить електрику. Вода є відмінним ізолятором, так як її молекули не володіють вільними електронами, здатними передавати електричний струм. Однак, якщо у воді містяться розчинені солі або інші речовини, які розкладаються на іони, то вода може стати провідником електрики.
Структура молекули води
Молекула води складається з двох атомів водню (H) і одного атома кисню (O). Вони пов'язані між собою через сильні ковалентні хімічні зв'язки.
Молекула води має форму кутового V-образного вигнутого трикутника. Атоми водню займають положення кутів трикутника, а атом кисню знаходиться біля його основи. Така структура обумовлена електронною конфігурацією атомів водню і кисню, а саме їх зовнішніми електронними оболонками.
У молекулі води електрони розподілені нерівномірно. Атом кисню є більш електронегативним, тому його ядро притягує до себе електрони більшою мірою, ніж атоми водню. Це призводить до утворення електронної хмари навколо атома кисню та утворення полярного зв'язку між атомами водню та кисню.
Такий розподіл електронів у молекулі води робить її полярною. Виникає поділ зарядів: атом кисню набуває негативний заряд, а атоми водню – позитивний. Саме завдяки цьому воду називають диполярним розчинником.
Полярність молекули води впливає на її хімічні та фізичні властивості, зокрема, на здатність води проводити електричний струм. Вода не проводить електрику, так як її полярні молекули, незважаючи на поділ зарядів, залишаються пов'язаними один з одним через водневі зв'язки. Для того щоб вода стала провідником електрики, необхідна присутність вільно рухаються зарядів, яких в чистій воді практично немає.
Роль іонів у провідності води
Коли електричний струм проходить через воду, він впливає на заряджені іони, викликаючи їх рух. Катіони спрямовані до негативного електрода, а аніони - до позитивного електрода. Такий рух іонів створює електричну провідність води.
Однак, сама вода в своїй чистій формі, без наявності розчинених іонів, не проводить електричний струм. Це пояснюється тим, що молекули води є нейтральними і не можуть створювати електричної провідності. Чиста вода може стати проведеної тільки при наявності розчинених іонів.
Іонізація, або розкладання речовин на іони, є процесом, який відбувається, коли речовина розчиняється у воді або плавиться. Деякі речовини, такі як солі та кислоти, легко розчиняються у воді та утворюють іони. Інші речовини, такі як метали, плавляться і розпадаються на іони при нагріванні.
Розчинені іони у воді забезпечують провідність, оскільки вони створюють шлях для руху електричного струму між електродами. Іони можуть рухатися у воді, але це відбувається набагато повільніше, ніж у розчинах або плаваючих речовинах.
Таким чином, роль іонів в провідності води безсумнівно важлива. Без наявності іонів, вода не може проводити електрику. Тому, для електролізу або інших електричних процесів, що вимагають провідність води, в ній повинні бути розчинені речовини, що утворюють іони.