Vergleich die elektrische Leitfähigkeit eines Kupferdrahts und einer Kupfersulfatlösung?

Moin,

damit es zu etwas elektrischen Strom leiten kann, brauchst du bewegliche Ladungsträger. Das können Elektronen oder Ionen sein. Im Falle eines Kupferdrahts sind das Elektronen, im Falle einer Kupfersulfatlösung sind es Ionen.

Das hängt mit dem Aufbau zusammen.

In einem Kupferdraht liegen nur Kupferatome vor. Diese Metallatome haben alle sehr wenige Außenelektronen. Wenn sich nun Kupferatome einander annähern, so gibt es zwei Erklärungsmodelle, wie es zu den beweglichen Elektronen kommt.

Im sogenannten Elektronengasmodell stellt man sich das so vor: Die Metallatome geben ihre wenigen Außenelektronen ab, so dass positiv geladene Metallatomrümpfe entstehen. Diese werden zusammengehalten, weil zwischen ihnen eine Art Elektronengas befindet. Dieses Elektronengas besteht aus den abgelösten Elektronen. Die Elektronen im Elektronengas sind also nicht mehr fest an einen bestimmten Atomrumpf gebunden, sondern frei beweglich (eben delokalisiert). Weil die Elektronen delokalisiert und relativ frei beweglich sind, können sie elektrischen Strom leiten.

Im sogenannten Energiebändermodell stellt man sich das ein bisschen anders vor. Danach kommt es bei der Annäherung der Metallatome zu einer Aufspaltung der Atomorbitale zu Molekülorbitalen. Je mehr Atome sich dabei einander annähern, desto enger liegen all die Energiestufen der aufgespalteten Atomorbitale beieinander. Es entsteht eine Art Energieband mit Energiestufen, die sehr dicht übereinander liegen. In diesem Energieband können nun die Außenelektronen der Metallatome ohne großen Aufwand hin und her verschoben werden. Es kommt also auch hier zu einer relativ freien Beweglichkeit der Außenelektronen. Und bewegliche Ladungsträger (wie hier die Elektronen) sind eben die Voraussetzung, aber auch die Möglichkeit für elektrische Leitfähigkeit.

Egal, welche Hypothese du für die metallische Bindung zwischen den Kupferatomen in einem Kupferdraht du zugrunde legst, stets gibt es darin bewegliche Ladungsträger in Form von Elektronen. Deshalb leitet ein Kupferdraht elektrischen Strom und ist von daher elektrisch leitfähig.

Bei der Kupfersulfatlösung ist das etwas anders: Kupfersulfat ist ein Salz. Salze sind Ionenverbindungen, das heißt, sie sind aus Ionen aufgebaut. Kupfersulfat ist nun ein Salz, das sich in Wasser auflöst. Beim Auflösen werden von den Wassermolekülen die einzelnen Ionen des Salzes aus dem Ionengitter des Salzkristalls herausgelöst und von einer Hülle aus Wassermolekülen umgeben (Hydrathülle). Dadurch werden die Ionen frei beweglich, weil sie nicht länger auf die festen Plätze im Ionengitter festgelegt sind. Und - du weißt es mittlerweile schon - frei bewegliche Ladungsträger (hier in Form von Ionen) können elektrischen Strom transportieren, die Lösung ist elektrisch leitfähig.

Fazit:
Im Kupferdraht gibt es bewegliche Elektronen (= Ladungsträger), in der Kupfersulfatlösung gibt es bewegliche Ionen (= Ladungsträger). Und bewegliche Ladungsträger sind die Voraussetzung, aber bieten eben auch die Möglichkeit für einen elektrischen Stromfluss.

LG von der Waterkant