Eksperimen: Kekonduksian elektrik sebatian ion dan kovalen

Kekonduksian elektrik ialah ujian tunggal paling jelas yang memisahkan ikatan ion daripada ikatan kovalen, sebab itu ia berada di teras bab Ikatan Kimia. Dengan menguji bahan yang sama sebagai pepejal dan sekali lagi apabila lebur atau larut, anda boleh menunjukkan bahawa kekonduksian bergantung pada ion yang bebas bergerak, dan menghubungkan pemerhatian fizikal terus kepada model ikatan. Panduan ini menyusun kaedah, pemerhatian, dan kemahiran Kertas 3 yang dihargai dalam pentaksiran amali.

Tujuan

Untuk menyiasat kekonduksian elektrik sebatian ion dan sebatian kovalen dalam keadaan pepejal dan dalam keadaan lebur atau akueus, dan mengaitkan keputusan dengan kehadiran ion yang bebas bergerak.

Radas dan bahan

• Elektrod karbon (grafit)
• Sel kering atau bekalan kuasa voltan rendah
• Mentol atau ammeter, dan wayar penyambung dengan sepit buaya
• Mangkuk pijar dan penunu Bunsen dengan tripod dan segi tiga tanah liat
• Plumbum(II) bromida (pepejal ion)
• Naftalena (pepejal kovalen)
• Hablur kuprum(II) sulfat dan air suling
• Bikar

Prosedur

1. Sediakan litar mudah dengan dua elektrod karbon, sel, mentol atau ammeter dan wayar penyambung, dengan meninggalkan ruang untuk sampel yang hendak diuji.
2. Letakkan plumbum(II) bromida pepejal supaya elektrod terendam di dalamnya, lengkapkan litar, dan catat sama ada mentol menyala.
3. Pindahkan plumbum(II) bromida ke mangkuk pijar dan panaskannya sehingga melebur, kemudian celupkan elektrod ke dalam sebatian lebur dan catat sama ada mentol menyala.
4. Ulang ujian pepejal dengan naftalena pepejal, dan sekali lagi selepas meleburkannya dengan perlahan, sambil mencatat mentol dalam setiap kes.
5. Uji hablur kuprum(II) sulfat kering dengan elektrod dan catat keputusannya.
6. Larutkan kuprum(II) sulfat dalam air suling dan uji larutan itu dengan elektrod, sambil mencatat keputusannya.
7. Sebagai kawalan, uji air suling sahaja.
8. Catat bagi setiap sampel sama ada ia mengalirkan elektrik (mentol menyala) atau tidak (mentol kekal padam).

Pemerhatian yang dijangka

Plumbum(II) bromida pepejal tidak mengalirkan elektrik: mentol tidak menyala. Apabila plumbum(II) bromida lebur, mentol menyala, dan gelembung atau mendapan mungkin dilihat pada elektrod. Naftalena pepejal tidak mengalirkan elektrik, dan naftalena lebur juga tidak: mentol kekal padam dalam kedua-dua keadaan. Hablur kuprum(II) sulfat kering tidak mengalirkan elektrik, tetapi larutan kuprum(II) sulfat mengalirkan elektrik dan mentol menyala. Air suling sahaja tidak menyalakan mentol dengan ketara.

Inferens dan kesimpulan

Sebatian ion, plumbum(II) bromida dan kuprum(II) sulfat, mengalirkan elektrik hanya apabila lebur atau larut, bukan sebagai pepejal kering. Ini kerana dalam pepejal ion dipegang pada kedudukan tetap dalam kekisi dan tidak boleh bergerak, tetapi apabila sebatian dileburkan atau dilarutkan ion menjadi bebas bergerak dan boleh membawa cas. Sebatian kovalen, naftalena, tidak mengalirkan elektrik dalam mana-mana keadaan, kerana ia terdiri daripada molekul neutral tanpa ion atau elektron yang bebas bergerak. Kekonduksian oleh itu bergantung pada kehadiran ion yang bergerak, iaitu ciri ikatan ion, bukan kovalen.

Kemahiran proses sains (gaya Kertas 3)

Membuat hipotesis. Sebatian ion mengalirkan elektrik apabila lebur atau dalam larutan tetapi tidak sebagai pepejal, manakala sebatian kovalen tidak mengalirkan elektrik dalam mana-mana keadaan.

Mengenal pasti pemboleh ubah. Pemboleh ubah dimanipulasi ialah sebatian dan keadaannya (pepejal, lebur atau akueus); pemboleh ubah bergerak balas ialah sama ada sebatian mengalirkan elektrik; pemboleh ubah dimalarkan termasuk voltan, elektrod dan jarak antaranya.

Menjadualkan data. Lukis jadual dengan satu baris bagi setiap sebatian dan lajur bagi keadaan pepejal dan keadaan lebur atau akueus, dengan memasukkan “mengalir” atau “tidak mengalir” dalam setiap sel.

Membuat inferens. Daripada fakta bahawa plumbum(II) bromida mengalirkan elektrik hanya apabila lebur, simpulkan bahawa ion yang bebas bergerak diperlukan; daripada naftalena yang tidak pernah mengalir, simpulkan bahawa ia tiada ion yang bebas bergerak.

Definisi secara operasi. Bahan ditakrifkan secara operasi sebagai mengalirkan elektrik apabila ia melengkapkan litar dan menyalakan mentol (atau memberi bacaan pada ammeter).

Langkah keselamatan

• Panaskan plumbum(II) bromida di dalam kebuk wasap, kerana plumbum(II) bromida lebur membebaskan wap bromin toksik semasa elektrolisis.
• Pakai gogal keselamatan dan kendalikan mangkuk pijar panas dengan angkup, untuk mengelakkan melecur.
• Matikan bekalan sebelum menukar sampel, untuk mengelakkan litar pintas atau kejutan.
• Leburkan naftalena dengan perlahan di atas kukus air jika boleh, kerana wapnya mudah terbakar.

Ralat lazim

• Menguji pepejal sahaja. Menyimpulkan sebatian ion tidak pernah mengalirkan elektrik kerana pepejalnya tidak; ia mesti juga diuji lebur atau dalam larutan.
• Sampel “kering” yang lembap. Lembapan pada hablur membenarkan sedikit arus mengalir dan mengelirukan keputusan pepejal; guna sampel yang benar-benar kering.
• Sentuhan elektrod lemah. Sepit longgar atau elektrod tidak menyentuh sampel memberi keputusan “tidak mengalir” yang palsu.
• Melarutkan sebatian kovalen. Naftalena tidak larut dalam air, jadi ia patut diuji lebur, bukan dalam larutan air.

Menghubungkan keputusan dengan struktur

Setiap keputusan boleh dikaitkan terus dengan struktur bahan. Dalam pepejal ion, ion positif dan negatif tersusun dalam kekisi gergasi dan dipegang tetap, jadi tiada zarah bercas yang bebas bergerak untuk membawa arus. Apabila kekisi dileburkan atau dilarutkan, ion terbebas daripada kedudukan tetapnya dan boleh bergerak ke arah elektrod, jadi arus mengalir. Sebatian kovalen pula terdiri daripada molekul neutral tanpa ion, jadi ia tidak mengalirkan elektrik walaupun dileburkan. Mengaitkan pemerhatian dengan gambaran zarah ini menjadikan jawapan anda lengkap dan menjelaskan mengapa keadaan bahan penting.

Cara guru kami menggunakan eksperimen ini

Dalam kelas Kimia SPM satu-ke-satu, diajar dalam bahasa Inggeris dari RM50 sejam, kami menggunakan eksperimen ini untuk mengikat pemerhatian mudah kepada model ikatan: pelajar yang boleh menerangkan mengapa plumbum(II) bromida mengalirkan elektrik hanya apabila lebur boleh menjawab soalan struktur dan ikatan yang berulang merentasi Kimia SPM. Kerana kekonduksian ialah cara piawai membezakan sebatian ion daripada kovalen dan amali Kertas 3 yang klasik (Kertas 3 ialah Ujian Amali yang menaksir kemahiran proses sains), memahami kedua-dua keputusan dan sebabnya di sini menyokong keseluruhan topik Ikatan Kimia.