Mengapa Air Tulen Sukar Mengalirkan Arus Elektrik?

Kita diajar supaya tidak menyentuh suis atau alat elektrik dengan tangan basah, seolah-olah air ialah pengalir elektrik yang baik. Hakikatnya, air yang benar-benar tulen mengalirkan arus dengan sangat lemah. Air yang kita temui setiap hari boleh mengalirkan arus kerana ia tidak tulen, iaitu mengandungi bahan terlarut.

Arus dalam larutan memerlukan pembawa cas

Arus elektrik ialah pergerakan cas. Dalam wayar kuprum, cas itu dibawa oleh elektron yang bebas bergerak. Dalam air, keadaannya berbeza. Molekul air ialah molekul neutral, dan elektron tidak mengalir bebas melalui air. Cas dibawa oleh ion, iaitu atom atau kumpulan atom yang bercas. Apabila garam dapur larut dalam air, hablurnya berpecah kepada ion natrium yang bercas positif dan ion klorida yang bercas negatif. Apabila sumber kuasa seperti bateri dikenakan, ion positif bergerak ke arah elektrod negatif dan ion negatif bergerak ke arah elektrod positif. Pergerakan inilah arus dalam larutan itu.

Bahan seperti garam yang menghasilkan ion bergerak apabila larut dalam air dipanggil elektrolit. Semakin banyak ion yang bergerak, semakin mudah larutan itu mengalirkan arus, walaupun nilai sebenar turut bergantung pada jenis ion, kepekatan dan suhu. Tidak semua bahan terlarut menambah ion. Gula larut dalam air, tetapi molekulnya kekal neutral, jadi air gula juga mengalirkan arus dengan sangat lemah.

Air hampir tulen mempunyai sangat sedikit ion bergerak untuk membawa cas. Apabila bahan elektrolit terlarut membekalkan lebih banyak ion, larutan biasanya mengalirkan arus dengan lebih baik. Rajah ini ialah model konseptual dan bilangan ion tidak mengikut skala.

Adakah air tulen langsung tanpa ion?

Tidak. Air yang sangat tulen masih mempunyai sedikit ion kerana sebilangan kecil molekul air bertukar proton sesama sendiri lalu membentuk ion hidronium dan ion hidroksida. Proses ini dipanggil pengionan kendiri air. Jumlah ion yang terhasil sangat kecil, jadi air tulen mengalirkan arus dengan sangat lemah tetapi tidak sifar.

Mengapa air sebenar lebih mudah mengalirkan arus?

Air yang terdedah kepada persekitaran mudah memperoleh bahan terlarut. Mineral daripada batuan dan tanah, garam, serta karbon dioksida daripada udara boleh menambah ion dalam air. Karbon dioksida larut dalam air dan sebahagian kecilnya bertindak balas membentuk ion, jadi air suling yang dibiarkan terbuka kepada udara boleh menjadi sedikit lebih konduktif. Air laut mengandungi banyak garam terlarut, jadi ia mengalirkan arus jauh lebih baik daripada air paip.

Istilah air suling, air ternyahion dan air ultratulen juga tidak boleh dianggap sama dengan air biasa. Tahap pemurnian menentukan berapa banyak ion yang masih tinggal. Dalam makmal, kekonduksian elektrik air sering diukur untuk menilai sama ada air itu cukup tulen.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?

Bagaimana kita tahu?

Pemerhatian
Penguji kekonduksian yang dicelup ke dalam air suling biasanya memberi bacaan yang sangat rendah, tetapi bacaan meningkat jelas apabila garam dilarutkan dalam air itu.
Bukti
Meter kekonduksian mengukur arus yang mengalir melalui sampel air pada keadaan terkawal. Bacaannya meningkat apabila bahan elektrolit ditambah, dan air yang sangat tulen memberi bacaan yang sangat rendah. Bahan seperti gula, yang tidak menghasilkan ion, tidak menaikkan bacaan dengan banyak.
Inferens
Kekonduksian meningkat hanya apabila bahan yang menghasilkan ion ditambah. Corak ini konsisten dengan model bahawa ion bergerak ialah pembawa cas utama dalam larutan. Eksperimen elektrokimia lain yang mengesan penghijrahan ion ke elektrod menguatkan kesimpulan ini.
Model
Model elektrolit menerangkan arus sebagai pergerakan ion positif dan negatif di bawah medan elektrik, bukan aliran elektron bebas melalui air seperti dalam logam.
Batasan
Kekonduksian tidak bergantung pada bilangan ion sahaja. Mobiliti, cas, kepekatan, suhu dan interaksi antara ion juga mempengaruhi bacaan.

Aktiviti

Bahan

Penguji kekonduksian untuk kegunaan pendidikan, atau meter kekonduksian jika tersedia di makmal sekolah
Empat gelas plastik yang bersih
Air suling (daripada makmal sekolah atau kedai kimia)
Air paip
Garam dapur dan gula
Sudu teh bersih
Air suling tambahan untuk membilas penguji
Tisu bersih untuk mengeringkan penguji

Langkah

Tuangkan isi padu air yang sama ke dalam setiap gelas, contohnya 200 mL bagi setiap gelas. Gunakan air suling dalam gelas pertama, ketiga dan keempat, serta air paip dalam gelas kedua. Larutkan satu sudu teh garam dalam gelas ketiga dan satu sudu teh gula dalam gelas keempat, kemudian kacau sehingga larut.
Hidupkan penguji mengikut buku panduannya. Celupkan hujung penguji ke dalam air suling pada gelas pertama dan tunggu bacaan menjadi stabil. Catat bacaan itu.
Bilas penguji dengan sedikit air suling dan keringkan dengan tisu. Ulang pengukuran pada air paip, air garam dan air gula mengikut urutan itu. Bilas dan keringkan penguji antara setiap sampel.
Susun keempat-empat bacaan dalam satu jadual kecil dan bandingkan. Jika boleh, ulang sekali lagi untuk memastikan bacaan boleh diulang.

Perhatikan

Bandingkan bacaan bagi air suling, air paip, air garam dan air gula. Bacaan air suling biasanya paling rendah dan bacaan air garam biasanya paling tinggi, manakala air gula biasanya hampir sama dengan air suling. Nilai sebenar bergantung pada alat dan suhu, jadi bandingkan susunan bacaan, bukan angka tepat. Air suling yang dibiarkan terbuka beberapa jam mungkin memberi bacaan sedikit lebih tinggi kerana karbon dioksida dari udara larut di dalamnya.

Keselamatan

Penguji ini menggunakan bateri kecilnya sendiri. Jangan sekali-kali menyambungkan wayar, paku atau alat buatan sendiri kepada soket dinding atau bekalan elektrik rumah, kerana air dan elektrik rumah boleh menyebabkan renjatan yang membawa maut. Jangan minum air ujian dan jangan makan atau minum semasa menjalankan aktiviti. Lakukan aktiviti ini bersama orang dewasa.

Uji KefahamanSoalan 1 daripada 3

Mengapakah air yang mengandungi garam terlarut mengalirkan arus lebih baik daripada air suling?