Lösningar alltid neutrala
Jag har fastnat vid följande formulering i min kemibok (Kemiboken 1, s 291):
"I lösningar måste det alltid finnas lika många positiva och negativa laddningar."
Denna formulering används i boken för att motivera användandet av en saltbrygga i ett galvaniskt element.
Min fråga är - varför måste det alltid stämma?
Motfråga- hur skulle det fungera annars?
Laddningarna i en vattenlösning komner från att man har löst upp salter i vattnet (förutom ett litet bidrag från vattnets autoprotolys) och salter består alltid av lika många positiva som negativa laddningar (inte nödvändigtvis lika många positiva som negativa joner, om det exempelvis är jonerna och ).
I exemplet kopplas ett zinkbleck i zinksulfatlösning med kopparbleck i kopparsulfatlösning. Det avgår då elektroner till kopparblecket, och det bildas därvid positiva zinkjoner i zinksulfatlösningen. Om vi då inte har saltbro, borde lösningen bli positiv.
Som jag förstår det är detta inte möjligt.
Beror detta på att det uppstår någon form av jämvikt där katoden drar i elektroner lika hårt som lösningen som zinkblecket är placerat i (fast då måste ju denna vara svagt positiv)?
Nja, lösningen borde inte blir positiv. Det fälls ut lika många kopparjoner som kopparatomer som det produceras zinkjoner av zinkatomer. Alltså tar man bort lika mycket positiv laddning som man skapade i lösningen.
Det som däremot händer är att man flyttar runt på laddningarna. Ifall vi plockar bort positiva joner vid katoden och producerar positiva joner vid anoden kommer det att bli ett underskott vid katoden och ett överskott vid anoden. Om vi redan har hög positiv laddning vid anoden kommer det att vara svårt at skapa ytterligare positiva joner där. Du kan tänka att jonerna i lösningen ”trycker tillbaka” de zinkatomer som försöker att avge elektroner och bilda joner som går ut i lösningen. Lika laddning repellerar och det bildas en sorts ”laddningsbarriär”. På motsvarande sätt har man för mycket negativ laddning vid katoden och det blir svårt att trycka ut fler elektroner i lösningen.
Saltbryggan verkar genom att skicka iväg negativa joner till anoden och positiva joner till katoden för att jämna ut laddningsskillnaderna. Då kan strömmen fortsätta att flyta genom cellen.
Tack för bra svar, jag förstår det mesta nu, bara lite kvar
För att illustrera kollade jag på en video (Tyler deWitt, https://www.youtube.com/watch?v=7b34XYgADlM&list=PL3hPm0ZdYhyzTLPg-D7oo3jk3Sp2eP9I2&t=1257s&index=3 18.30 in i videon) där följande situation visades (som motivering till varför saltbro behövs)
Så här ser det ut när ett antal elektroner redan gått genom ledningen och fått flera kopparjoner att bli fast koppar
Två frågor utifrån detta:
1) Här ser det ut som om lösningen till vänster de facto blivit positiv och lösningen till höger blivit negativ. Är det alltså fel?
2) Edit: bortse från denna, jag förstår den nu efter att ha läst Teraeagles andra stycke igen. Tyler säger vidare att detta förhindrar att elektroner fortsätter att röra sig i ledningen (men förklarar inte varför). Som det ser ut här borde det bero på att de positiva zinkjonerna i lösningen till vänster nu är så många att de drar i zinkatomernas elektroner lika starkt som de nu betydligt färre positiva kopparjonerna i lösningen till höger, och att elektroner därför inte flyttar sig. Är detta en riktig tolkning? Är det samma sak som du beskriver i ditt andra stycke, Teraeagle?
Det illustrerar vad som skulle hända ifall man inte hade saltbryggan. Det är alltså inte praktiskt möjligt att skapa en negativ och positiv lösning på det där sättet. Man behöver saltbryggan för att motverka överskottet av zinkjoner respektive sulfatjoner i ditt exempel.