Varför förstör vatten elektronik men alkohol gör det ofta inte? » Vetenskap

Vatten leder elektricitet bättre än alkohol och orsakar därmed kortslutningar. Dessutom korroderar vatten metaller medan alkoholer inte gör det. Vatten tar längre tid att avdunsta än alkoholer.

Kommer du ihåg att en gång när du njöt av -artiklar på din smartphone med en kopp te för intellektuell stimulans när telefonen halkade och ramlade in i koppen, effektivt förstör båda?

Vanlig visdom dikterar att vätskor och elektronik inte går tillsammans, men vet du exakt vad teet gjorde med din telefon? Dessutom, om alkohol hade ersatt det teet, skulle resultatet ha blivit detsamma?

svaret förklaras av skillnader i de kemiska och fysikaliska egenskaperna hos vatten och alkohol.

Vattnets kemi

En vattenmolekyl har två väteatomer bundna till en syreatom, betecknad med den kemiska formeln H2O. Syre och väte bildar en bindning genom att dela ett elektronpar, där varje elektron i paret doneras av väte respektive syre. Detta kallas en kovalent bindning. En konsekvens av att dela elektroner är att det inte finns några fria elektroner för att leda elektricitet. Rent avjoniserat vatten leder faktiskt inte elektricitet.

Syre har en fantastisk egenskap att locka elektroner mot sig själv mer än väte (

elektronegativitet

). I en vattenmolekyl är elektronparet tätare bundet till syre och väte. Således utvecklas en partiell negativ laddning på O-atomer och en partiell positiv laddning utvecklas på H-atomer. Vattenmolekylernas geometri är sådan att det finns en separation av laddningar (centra för positiva och negativa laddningar sammanfaller inte).

En molekyl kan ha element med olika elektronegativitet och ändå vara opolär, såsom metan, CH 4. Detta gör vatten till en polär (med poler med motsatta laddningar) molekyl. På grund av detta, mineraler som Ca2+, Mg2+, Na+, Cl– etc. löses upp (vattenmolekylens negativa pol attraherar de positivt laddade mineraljonerna och vice versa) . Dessa joner kan leda elektricitet i närvaro av en

potentialskillnad.

Också den intermolekylära bindningen är stark i vatten på grund av intermolekylär vätebindning. Detta är anledningen till den höga kokpunkten för vatten, jämfört med alkoholer.

Strukturformel för vattenmolekyler som visar de kovalenta och vätebindningarna (Foto: OpenStax College
/Wikimedia commons)

Alkoholens kemi

I vanligt språkbruk syftar alkohol på antingen sprit eller vätska för medicinska ändamål. Men inom vetenskapen är alkohol inte en enda vätska, utan en klass av organiska (dvs kolinnehållande) föreningar som har den

funktionella gruppen (-OH). En funktionell grupp är en samling atomer, så att vissa distinkta egenskaper är associerade med den organiska förening som är bunden till den.

Som var fallet med vatten är bindningarna som bildas mellan grundämnen kovalenta bindningar (delning av elektroner). Detta översätts till en brist på fria elektroner och joner för att leda elektricitet. Ren alkohol är alltså också en isolator.

Att lösa upp mineraljoner i alkohol blir svårare än lösa dem i vatten, eftersom det finns steriskt hinder (svårigheter att ta emot nya arter på grund av avstötning från existerande arter) mellan kolkedjan och mineraljonerna; laddningsstorleken är också mindre på alkoholer.

Eftersom det högelektronegativa O är fäst vid ena änden drar den till sig elektronpar mot sig själv, får en partiell negativ laddning och ger en partiell positiv laddning till andra atomer. Alkoholer kan visualiseras som att de har en polär ände (-OH) och en opolär ände (kolkedja). Detta gör alkohol till en amfifil förening (lämplig för bindning med både polära och opolära föreningar), som kan användas både för rengöring och desinficering.

Dessutom är den intermolekylära attraktionen i alkoholer svagare än i vatten (steriskt hinder orsakat av närvaron av en skrymmande kolkedja). Det är alltså

lättare att förånga alkohol än vatten

.

Pinnarna betecknar kolkedjor och -OH är den funktionella gruppen (Photo Credit: Peter Hermes Furian/Shutterstock)

Effekt av vatten på elektronik

Konsekvenserna av vatten som kommer i kontakt med elektronik kan delas in i två delar, nämligen kortsiktiga och långtidseffekter.

Eftersom vatten innehåller lösta mineraljoner kan det leda elektricitet. När en påslagen enhet kommer i kontakt med vatten kommer flera terminaler inuti enheten i kontakt med samma ledare, dvs vatten. En alternativ väg för strömflöde skapas och elektricitet börjar flöda i riktningar där den inte borde. Detta kallas kortslutning. Under en kortslutning uppstår en enorm mängd ström inom en kort tidsperiod, vilket resulterar i överdriven uppvärmning och i värsta fall brand!

Eftersom de flesta enheter använder DC-batterier som strömkälla, skulle vatten som kommer i kontakt med anoden och katoden på batteriet leda till elektrolys med utveckling av brandfarligt H 2 och O2 gaser.

Vatten innehåller även löst syre (O

2) molekyler. All elektronik innehåller PCB (tryckta kretskort). PCB har metaller som koppar, guld och palladium som ledare. När den utsätts för vatten uppstår en redoxreaktion där metallen förlorar elektroner och bildar ett metalloxidskikt. Övertid resulterar detta i en minskning av volymen av ledande metall i terminalen (nedbrytning). I extrema fall blir metallen strukturellt svag och går sönder.

LED/LCD-skärmar innehåller en bakgrundsbelysningspanel som ger belysning. När vatten kommer in i bakgrundsbelysningspanelen uppstår en felaktig ljusbrytning och den resulterande displayen blir förvrängd (dimmigt utseende, svarta fläckar, etc.).

Korrosionsskadade halvledare (Foto: Binarysequence/Wikimedia allmänningar)

Dessutom kan vattenmolekyler blockera högtalare, vilket resulterar i en dämpad utgång.

Effekten av alkohol på elektronik

Alkoholer innehåller inte lösta joniska föroreningar i lika höga koncentrationer som de som finns i vatten. När alkohol kommer i kontakt med elektronik leder bristen på fria laddade ämnen (joner och fria elektroner) inte till någon effekt på konduktiviteten. Kortslutning uppstår alltså inte.

Eftersom alkohol avdunstar snabbare än vatten är möjligheten av alkohol som dröjer kvar tillräckligt länge för att orsaka skada på elektroniska komponenter elimineras. Därmed minskar sannolikheten för att skärmen och högtalarna förstörs.

Dessutom, eftersom alkohol kan binda till både polära och icke-polära föreningar, alkohol binder till feta cellmembran hos lipofila bakterier och denaturerar även proteinerna i mikrober, vilket effektivt dödar dem. Således används alkoholer (särskilt isopropylalkohol, IPA) ofta som rengöringsmedel.

Isopropylalkohol är ett allmänt använt rengöringsmedel (Fotokredit: tjugo20)

När alkoholer spelar Spoilsport

Det finns dock fall där alkoholer förstör elektroniken. Flampunkten (lägsta temperatur vid vilken föreningen bildar ångor som är brännbara i närvaro av en antändningskälla som syre) av alkoholer bestämmer brandfarlighetsrisken. Om enhetens temperatur stiger över flampunkten kan det vara ganska obehagligt att få alkohol i kontakt (alkoholen bildar ångor som kan antändas). Därför bör alkoholer endast användas när enheten är avstängd och kall.

Om alkohol kommer i kontakt med både anoden och katoden på batteriet, då kan det elektrolyseras och avger H2 gas, som är brandfarlig i koncentrationer till och med så låga som 4 % (v/v) i luften.

Lågmolekylära alkoholer som etanol och isopropylalkohol (IPA) kan lösa upp mycket små mängder joniska föroreningar. Om en tillräcklig volym alkohol finns (t.ex. doppa enheten i ett alkoholbad) kan kortslutning inträffa.

Ett sista ord

Ovanstående diskussion kretsade främst kring dricksvatten och lågmolekylär alkohol (etanol, isopropylalkohol, etc.). Rent vatten och ren alkohol skadar sällan elektroniken, men lösta föroreningar och intermolekylära bindningar är de främsta bovarna när det går fel! I grund och botten, eftersom vatten kan lösa upp fler föroreningar och avdunsta långsammare än alkoholer, tenderar det att förstöra elektroniken lättare än alkoholer.

Referenser
1. Chemistry LibreTexts

National Center for Biotechnology Information (NCBI)

Purdue University

Florida State University

Chemistry LibreTexts

US Department of Energy

National Aeronautics and Space Administration

Kenyon College

Florida State University

, ,

,,

,

,,

,

,

,

,,,

,

,,,

,,,,,,,,

,,