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科学解释:水为什么能导电?可能远不止你想象的那么简单

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导电性又叫做物体传导电流的能力,是物体(固体、液体、气体)本身具有的物理性质。不同物体的导电能力天差地别,一般来说,金属、半导体、电解质溶液、熔融态电解质及少数非金属都可以导电,其他物质的导电能力很差。

Free electron:自由电子

Hole: 空穴(电子空穴)

Photo : 光子

电子、离子移动,形成电流

世间万物根据导电能力可分为导体、半导体、绝缘体,而对于导体,又可根据导电原理分为电子导体、离子导体和混合型导体。

  1. 1. 电子导体:以电子载流子为主体导电的导体

  2. 2. 离子导体:以离子载流子为主体导电的导体
  3. 3. 混合型导体:电子载流子和离子载流子兼有的导体

此外,还有一些物体的导电原理并不是载流子的移动引起的,而是物体在电场力作用下,发生固体极化,传导电流。

溶液导电原理

溶液能导电,是因为溶液中离子的定向移动引起的。虽然溶液中的离子时时刻刻都在移动当中,但由于杂乱无章,致使单个离子移动产生的“微小电流”叠加、相互抵消,从而使溶液在宏观下没有电流通过。

如果外加一个电场(通电),那么溶液中的离子便会在电场力的作用下定向移动,形成电流,也就是我们所说的导电。

在纯水中,虽然水分子可以自发电离生成氢离子和氢氧根离子,但水的电离常数很小,只有1.0×10的负14次方。

也就是说,纯水中大约每十亿个水分子中,只有大约两个水分子分解生成氢离子和氢氧根离子,因此在纯水中,几乎不存在离子。

然而,水是一种极性溶剂,也是一种良好溶剂,很容易溶解盐等电解质和硫化氢、氯气等气体,生成正负离子。

此时的水已经不是原本的那个纯净无瑕的水了,通上电以后,水,准确来说是溶液,中的离子会在电场力的作用下定向移动,形成电流。

纯水在现实生活中基本不存在

为了满足日常生活和工业生产所需,我们每天都要消耗大量的水,然而由于种种原因,比如地下水侵蚀地壳、河流湖泊冲刷河床、废水排放等,使水中或多或少的含有多种离子,如钙离子、镁离子、钠离子、钾离子、氯离子、碳酸根离子等,而那些污染严重的地表水中,还含有二价铬离子、锰离子、铜离子等重金属离子。

正是这些离子的存在,使得水能够导电,而水并不是导体,这并不矛盾。

比如说:

纯水的电阻率ρ=100000Ω·cm(25℃)

超纯水的电阻率ρ=10MΩ·cm(25℃)

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