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

Question

Digamos que pongo unos cables en un recipiente lleno de agua salada, pero los cables no se tocan, y conecto estos cables a una batería:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Sé que el agua salada completará el circuito y fluirá algo de corriente. Pero, ¿cómo puede ocurrir esto? ¿Los electrones salen volando de un cable y saltan a través del agua salada hasta el otro cable? ¿No están los electrones atrapados en el cable? ¿Por qué pueden hacer esto cuando hay agua salada entre los cables, pero no cuando hay aire entre los cables? Si los electrones no pueden salir de un cable, viajar a través del agua salada y llegar al otro cable (¿pueden hacerlo?), entonces ¿cómo es que hay un circuito completo?

Answer 1

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

La conductividad del agua salada se debe a la presencia de cargas positivas y negativas iones . Estos iones en solución son libres de acelerar en presencia de un campo eléctrico y por lo tanto, al igual que los electrones libres en un conductor metálico, son capaces de participar en un eléctrico actual (no confundir con un electrón actual).

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

Aunque pueda parecer que las corrientes de iones dirigidas de forma opuesta deberían anularse, de hecho, añadir . 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 se producen reacciones que eliminan electrones o añaden electrones a los conductores, completando así el camino para que la carga fluya por el circuito.

De la sección del libro de texto de GenChem en línea sobre Electrólisis :

Figura 1 Una célula electrolítica. La pila bombea electrones desde el ánodo del ánodo (haciéndolo positivo) y hacia el cátodo (haciéndolo negativo). El ánodo positivo atrae los aniones hacia él, mientras que el cátodo negativo atrae a los cationes. La corriente eléctrica es transportada por los electrones en el cable y los electrodos, pero es transportada por aniones y cationes que se mueven en direcciones opuestas en la propia célula. Como el ánodo puede aceptar electrones, la oxidación se produce en ese electrodo. El cátodo es un donante de electrones y puede provocar la reducción de la célula.

Es importante señalar que eléctrico La corriente se define simplemente como el flujo de carga eléctrica y esta definición no depende de la especie de _portador de carga_ .

De hecho, sólo hay un corriente eléctrica en el circuito mientras hay tres (o más) especies diferentes de portadores de carga a lo largo del recorrido 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 tensión es una batería, iones en el electrolito de la batería.

Answer 2

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

El agua pura está formada principalmente por moléculas de H20. Ofrecen muy pocas opciones para que los electrones atraviesen el fluido.

El agua salada está compuesta (en su mayoría) por moléculas de H20, iones de Na+ e iones de Cl-. Cuando se colocan dos electrodos en un fluido de este tipo con cierta diferencia de potencial, los iones Na+ serán atraídos por el electrodo negativo y se desplazarán (algo más) hacia ese electrodo. Lo mismo ocurre con los iones Cl- 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 en 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-. Aquí verás burbujas de gas H2.

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

• sólo durará mientras quede NaCl (o más bien: iones Cl-)
• requiere una tensión mínima

Sin el NaCl puede tener lugar un proceso comparable, utilizando la pequeña cantidad de moléculas de H2O que se disuelven en iones H+ y OH-. Dado que esta cantidad es muy, muy pequeña, el agua pura conducirá mucho menos que el agua salada.

En cierto sentido, estas conducciones electroquímicas son más parecidas a la carga de una batería que al paso de la corriente por un cable. En un cable (u otro material resistivo) toda la energía de la corriente eléctrica*tensión se convierte en calor. En el caso de la conducción electroquímica, parte de la energía va a parar a la reacción química endotérmica (= que consume energía). Con mucho trabajo extra (en este caso, oa. capturar los gases y mantenerlos cerca de los electrodos) lo que se obtiene es una batería cargada: puede suministrar corriente cuando se conectan sus dos cables.

Así que una respuesta muy breve a tu pregunta podría ser: porque el agua salada se comporta como un acú (mal diseñado).

Answer 3

Sólo para añadir, ya que ninguna de las otras respuestas lo ha señalado, pero la electricidad PUEDE saltar por el aire . O incluso goma u otros aislantes, con el voltaje y la corriente adecuados. ¿Has visto alguna vez una chispa? Un espacio de aire entre dos cables puede ser puenteado, y ocurre accidentalmente (chispa cuando se conecta algo a un enchufe, cuando se conectan cables de puente a un coche, electricidad estática) o intencionadamente (bujías de coche, mecheros eléctricos, escaleras de Jacob). A una determinada tensión/corriente, los materiales normalmente aislantes, como el caucho y el vidrio, pueden conducir la electricidad, a una tensión de ruptura. Esta es la Resistencia dieléctrica del material. La mayoría de las cosas pueden conducirse si se les saca el jugo suficiente. El agua salada es relativamente más fácil de hacer.

Answer 4

Si bien es cierto que existe un movimiento físico real de electrones de átomo a átomo o de molécula a molécula, la mayor parte de la energía consiste en que los electrones se mueven hacia estados de carga superiores dentro de un átomo y, en esencia, del material en el que residen los átomos. Esto es la vibración de los electrones.

Esta energía se transfiere a los electrones cercanos produciendo el "movimiento" de la corriente... los electrones en el material se mueven a estados de energía más altos y ocupan esas cáscaras con energía transferida a cualquier cosa dispuesta a aceptarla... un conductor. El agua salada, debido a 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 sólo pulgadas por hora.

El movimiento observado de los electrones no puede utilizarse para determinar el nivel de carga que contiene el material.

Answer 5

Se trata de la resistividad aparente de los materiales. Los cables se fabrican con materiales de baja resistividad porque la función de un cable es pasar la corriente y no estorbar. El agua salada tiene una resistividad más alta que el cobre y otros "conductores", pero mucho menos que los "aislantes" como el vidrio y la mayoría de los plásticos.

Tu pregunta no es diferente a preguntar cómo llegan los electrones de un extremo a otro de una resistencia. Sí, los electrones viajan a través del material resistivo. Sin embargo, no están tan "sueltos" en el material resistivo como en los electrodos más conductores. Pero el principio es el mismo. Al fin y al cabo, estos electrodos también tienen cierta resistividad, siempre que no estemos hablando de supercondutores. Así que es sólo una cuestión de grado. Si puedes creer que los electrones fluyen en el cobre, que tiene una 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 con el doble de resistividad. Repite la misma operación indistintamente.

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