11.1-Do Liquids Conduct Electricity

11.1-Do Liquids Conduct Electricity Important Formulae

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11.1-Do Liquids Conduct Electricity
  • Liquids can conduct electricity if they contain ions or charged particles.
  • Pure water is a poor conductor of electricity, but when salts dissolve in it, the water conducts electricity.
  • Substances that dissociate into ions in water are called electrolytes.
  • Example of electrolytes: Sodium chloride (NaCl), Sulfuric acid (H2SO4).
  • When an electric current passes through a liquid, ions move, carrying charge and completing the circuit.
  • The process of conduction in liquids is similar to that in metals but involves ion movement rather than electron movement.
  • Conductivity of liquids can be measured using a conductivity meter.

11.1 - Do Liquids Conduct Electricity?

In this section, we will explore whether liquids can conduct electricity. Electricity is the flow of electric charge, and conductors are materials that allow this flow of charge to pass through them easily. While metals are known to be good conductors of electricity, the ability of liquids to conduct electricity depends on the presence of certain substances dissolved in them.

Liquids in their pure form (like pure water) do not conduct electricity well. However, when certain substances like salts, acids, or bases are dissolved in water, they dissociate into ions, making the liquid capable of conducting electricity. These ions, which are charged particles, help in the movement of electric charge through the liquid.

When an electric current is passed through a liquid, the ions present in the liquid move towards the electrodes, creating a flow of charge. The process is similar to how current flows through a metal wire, but in the case of liquids, it's the ions that carry the current rather than electrons.

Key Concepts:
  • Pure Water and Electricity: Pure water is a very poor conductor of electricity because it has very few ions.
  • Electrolytes: Substances that dissociate into ions when dissolved in water are called electrolytes. Examples include common salt (NaCl), acids like HCl, and bases like NaOH.
  • Ionization: The process of dissolving substances like salts, acids, or bases in water to form ions is called ionization. For example, when NaCl (sodium chloride) dissolves in water, it dissociates into sodium ions ($\text{Na}^+$) and chloride ions ($\text{Cl}^-$).
Examples of Conducting Liquids:
  • Salt Water: When table salt (NaCl) is dissolved in water, it forms sodium ($\text{Na}^+$) and chloride ($\text{Cl}^-$) ions, which can carry electric charge.
  • Acidic Solutions: Acids like hydrochloric acid (HCl) dissociate into hydrogen ions ($\text{H}^+$) and chloride ions ($\text{Cl}^-$), making the solution conductive.
  • Base Solutions: Alkalis like sodium hydroxide (NaOH) dissociate into sodium ions ($\text{Na}^+$) and hydroxide ions ($\text{OH}^-$), which also conduct electricity.
Experiment: Conductivity of Liquids

An experiment can be conducted to test the conductivity of different liquids. The basic setup consists of a battery, two electrodes, and a liquid sample. When the electrodes are placed in the liquid and a current is passed, a bulb connected to the circuit will glow if the liquid conducts electricity. The brightness of the bulb indicates the conductivity of the liquid.

Steps:

  1. Set up a simple circuit with a battery, bulb, and two electrodes.
  2. Place the electrodes in different liquids, such as distilled water, salt solution, vinegar, and sugar solution.
  3. Observe the bulb for any glowing. A glowing bulb indicates that the liquid is conducting electricity, while a non-glowing bulb shows that the liquid does not conduct electricity.
Why Do Some Liquids Conduct Electricity?

The ability of a liquid to conduct electricity depends on the presence of free-moving charged particles (ions) in the liquid. In a non-conducting liquid, there are no free ions, so no current can flow. However, when electrolytes dissolve, they break apart into ions that can move freely and carry electrical charge. The more ions present, the better the liquid will conduct electricity.

Formula for Conductivity:

The electrical conductivity ($\sigma$) of a solution can be expressed as:

$ \sigma = \dfrac{1}{\rho} $

Where $ \rho $ is the resistivity of the solution, and $ \sigma $ is the conductivity. The resistivity depends on the nature and concentration of ions in the liquid.

11.1-Do Liquids Conduct Electricity

तरल पदार्थों में विद्युत धारा का संचालन करने की क्षमता पर चर्चा करते हैं। अधिकांश ठोस पदार्थों के विपरीत, तरल पदार्थों के अंदर इलेक्ट्रॉन स्वतंत्र रूप से नहीं होते, लेकिन कुछ तरल पदार्थों में विद्युत धारा के संचालन के लिए आयन होते हैं। यही कारण है कि कुछ तरल पदार्थ विद्युत का संचालन कर सकते हैं।

तरल पदार्थों में विद्युत धारा के संचालन की प्रक्रिया को समझने के लिए, यह आवश्यक है कि हम यह जानें कि विद्युत धारा क्या होती है। विद्युत धारा तब बहती है जब चार्ज पार्टिकल्स, जैसे इलेक्ट्रॉन या आयन, एक निश्चित दिशा में गति करते हैं। ठोस पदार्थों में यह बहाव इलेक्ट्रॉन के रूप में होता है, जबकि तरल पदार्थों में यह आयन के रूप में होता है।

आयन क्या हैं? आयन वे परमाणु या अणु होते हैं जिनमें सकारात्मक या नकारात्मक चार्ज होता है। जब एक विद्युत धारा लागू की जाती है, तो ये आयन अपने चार्ज के अनुसार गति करते हैं, जिससे विद्युत धारा बहती है।

विद्युत प्रवाह के लिए आवश्यक शर्तें

तरल पदार्थ विद्युत धारा तभी प्रवाहित कर सकते हैं जब उनमें आयन मौजूद होते हैं। यही कारण है कि केवल कुछ तरल पदार्थ ही विद्युत का संचालन कर सकते हैं। उदाहरण के लिए:

  • इलेक्ट्रोलाइट्स: ऐसे तरल जो आयन उपलब्ध कराते हैं, जैसे नमक (NaCl) घोल या एसिड (HCl) घोल, विद्युत का संचालन करते हैं।
  • गैर-इलेक्ट्रोलाइट्स: ऐसे तरल जो विद्युत का संचालन नहीं करते, जैसे चीनी या अल्कोहल का पानी में घोल।
विद्युत धारा का संचालन करने वाली तरल पदार्थों का उदाहरण

1. नमक का पानी: जब पानी में नमक घुलता है, तो NaCl के अणु टूटकर Na$^+$ और Cl$^-$ आयन में बदल जाते हैं। ये आयन विद्युत धारा को संचालित करने में सक्षम होते हैं।

2. हाइड्रोक्लोरिक एसिड (HCl): यह भी एक अच्छा इलेक्ट्रोलाइट है। जब HCl पानी में घुलता है, तो यह H$^+$ और Cl$^-$ आयन में dissociate हो जाता है, जो विद्युत धारा का संचालन करते हैं।

3. खुला पानी: बिना किसी आयन के, जैसे पूरी तरह से शुद्ध जल (distilled water), विद्युत का संचालन नहीं कर सकता। शुद्ध जल में बहुत कम आयन होते हैं।

विद्युत धारा के लिए आयन का महत्व

आयन विद्युत धारा के प्रवाह में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। यह आयन सकारात्मक (कैटायन) और नकारात्मक (एनायन) हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, यदि किसी घोल में NaCl है, तो Na$^+$ आयन सकारात्मक चार्ज वाले होते हैं और Cl$^-$ आयन नकारात्मक चार्ज वाले होते हैं। जब विद्युत धारा लागू की जाती है, तो Na$^+$ आयन सकारात्मक पोल की ओर और Cl$^-$ आयन नकारात्मक पोल की ओर आकर्षित होते हैं। इस गति से विद्युत धारा बहने लगती है।

विद्युत धारा का गणितीय विवरण

यदि किसी इलेक्ट्रोलाइटिक घोल में विद्युत धारा बह रही हो, तो इसकी गति को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

क्यू = I $\times$ t

यहां,

  • क्यू (Q) = आयन के द्वारा संचारित कुल चार्ज (कूलमब)
  • I = विद्युत धारा (एम्पियर)
  • t = समय (सेकंड)

इस समीकरण से यह स्पष्ट है कि विद्युत धारा का प्रवाह समय और धारा की मात्रा पर निर्भर करता है।

निष्कर्ष

तरल पदार्थों का विद्युत धारा का संचालन करने की क्षमता इस बात पर निर्भर करती है कि उस तरल में आयन मौजूद हैं या नहीं। विद्युत धारा के संचालन के लिए जरूरी है कि तरल में आयन हों, जैसे कि नमक का पानी, एसिड, या क्षारीय घोल।