Wie leiten Salze den elektrischen Strom?

Salze: Stromleiter wider Willen – Eine Erklärung der elektrischen Leitfähigkeit

Salze sind aus unserem Alltag nicht wegzudenken. Ob als Speisesalz in der Küche, als Düngemittel in der Landwirtschaft oder als wichtige Bestandteile in Batterien – ihre Vielfalt und Anwendungen sind immens. Doch eine Eigenschaft von Salzen, die oft übersehen wird, ist ihre Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten. Allerdings tun sie dies nicht immer und unterliegen bestimmten Bedingungen. Dieser Artikel beleuchtet, wie Salze zu Stromleitern werden und warum dies nicht in jedem Zustand der Fall ist.

Das Geheimnis liegt in den Ionen:

Die Grundlage für die elektrische Leitfähigkeit von Salzen liegt in ihrer Zusammensetzung. Salze bestehen aus Ionen, das sind elektrisch geladene Atome oder Moleküle. Diese Ionen entstehen durch die Übertragung von Elektronen zwischen Atomen. So entsteht beispielsweise Natriumchlorid (NaCl), das bekannte Kochsalz, dadurch, dass ein Natriumatom (Na) ein Elektron an ein Chloratom (Cl) abgibt. Dadurch wird das Natriumatom zu einem positiv geladenen Ion (Na⁺) und das Chloratom zu einem negativ geladenen Ion (Cl⁻).

Das Kristallgitter: Ein Hindernis für den Stromfluss im festen Zustand:

Im festen Zustand ordnen sich die Ionen in einem regelmäßigen, dreidimensionalen Gitter an, dem sogenannten Kristallgitter. In diesem Gitter sind die Ionen fest an ihren Plätzen gebunden und können sich nicht frei bewegen. Da für den Transport von elektrischem Strom jedoch bewegliche Ladungsträger benötigt werden, ist festes Salz in der Regel kein guter Stromleiter. Die Ionen sind schlichtweg zu stark aneinander gebunden, um sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes zu bewegen.

Der Durchbruch: Wenn Ionen frei werden:

Die Situation ändert sich jedoch dramatisch, wenn Salz geschmolzen oder in Wasser gelöst wird.

• Schmelzen: Beim Erhitzen von Salz wird dem Kristallgitter Energie zugeführt. Diese Energie führt dazu, dass die Bindungskräfte zwischen den Ionen geschwächt werden, bis sie schließlich überwunden werden. Die Ionen werden frei beweglich und können sich in der Schmelze frei bewegen. Diese nun beweglichen, geladenen Ionen können unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes wandern und so den elektrischen Strom transportieren.
• Lösen in Wasser: Ähnliches geschieht beim Auflösen von Salz in Wasser. Wassermoleküle sind polar, das heißt, sie besitzen eine leicht positive und eine leicht negative Seite. Diese polarisierten Wassermoleküle umgeben die Ionen und schwächen die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen ihnen. Dieser Prozess wird als Hydratation bezeichnet. Die hydratisierten Ionen lösen sich aus dem Kristallgitter und können sich nun frei in der Lösung bewegen.

Elektrolytische Leitfähigkeit: Der Stromfluss in der Salzlösung:

Die resultierende Lösung, die Ionen enthält, wird als Elektrolyt bezeichnet. Wenn eine Spannung an einen Elektrolyten angelegt wird, wandern die positiv geladenen Ionen (Kationen) zur negativen Elektrode (Kathode), während die negativ geladenen Ionen (Anionen) zur positiven Elektrode (Anode) wandern. Diese gerichtete Bewegung der Ionen stellt den elektrischen Stromfluss dar.

Zusammenfassend lässt sich sagen:

Salze leiten elektrischen Strom, wenn ihre Ionen frei beweglich sind. Dies ist im festen Zustand aufgrund des starren Kristallgitters nicht der Fall. Erst durch Schmelzen oder Auflösen in Wasser werden die Ionen von ihren Bindungen befreit und können sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes bewegen und somit den Strom transportieren. Diese Fähigkeit macht Salze in gelöster oder geschmolzener Form zu wichtigen Bestandteilen in vielen technischen Anwendungen, wie beispielsweise in Batterien, Elektrolyseprozessen und elektrochemischen Sensoren. Die Leitfähigkeit von Salzlösungen ist somit ein faszinierendes Beispiel für die Verbindung zwischen chemischer Struktur und physikalischen Eigenschaften.