Innehåll
Kemister säger: "Som upplöses som." Denna aforism hänvisar till ett specifikt kännetecken för molekylerna i ett lösningsmedel och de lösta ämnena som kommer att lösas upp i det. Denna egenskap är polaritet. En polär molekyl är en som har elektriska laddningar motsatta varandra; tänk poler men med positiva och negativa istället för norr och söder. Om du kombinerar två ämnen med polära molekyler kan de polära molekylerna lockas till varandra snarare än resten av dem i föreningarna de bildar, beroende på polaritetens storlek. Vattenmolekylen (H20) är starkt polärt, varför vatten är så bra på att lösa upp ämnen. Denna förmåga har gett vatten rykte för att vara ett universellt lösningsmedel.
TL; DR (för lång; läste inte)
Polära vattenmolekyler samlas runt molekylerna i andra polära föreningar, och attraktionskraften bryter samman föreningarna. Vattenmolekyler omger varje molekyl när den bryts bort och molekylen dras till lösning.
Som små magneter
Varje vattenmolekyl är en kombination av två väteatomer och en syreatom. Om väteatomerna arrangerade sig symmetriskt på endera sidan av syreatomen, skulle molekylen vara elektriskt neutral. Det är dock inte vad som händer. De två vätgaserna ordnar sig vid 10-klockans och 2-klockans positioner, ungefär som Mickey Mouses öron. Detta ger vattenmolekylen en nettopositiv laddning på vätesidan och en negativ laddning på andra sidan. Varje molekyl är som en mikroskopisk magnet som dras till motsatt pol i den intilliggande molekylen.
Hur ämnen löses
Två typer av ämnen upplöses i vatten: joniska föreningar, såsom natriumklorid (NaCl eller bordsalt) och föreningar som består av större molekyler som har en nettoladdning på grund av deras atomer. Ammoniak (NH3) är ett exempel på den andra typen. De tre vätgaserna är anordnade asymmetriskt på kvävet, vilket skapar en nettopositiv laddning på ena sidan och en negativ på den andra.
När du introducerar en polär lösning i vatten, uppför sig vattenmolekylerna som små magneter som lockas till metall. De samlas runt de laddade molekylerna i det lösta ämnet tills den attraktionskraften de skapar blir större än den för bindningen som håller solutet ihop. När varje löst molekyl gradvis bryts, omger vattenmolekyler den och den dras till lösning. Om det lösta ämnet är ett fast ämne, sker denna process gradvis. Ytmolekylerna är de första som går och utsätter de under för vattenmolekyler som ännu inte har bundits.
Om tillräckligt med molekyler flyter in i lösningen kan lösningen nå mättnad. En given behållare har ett begränsat antal vattenmolekyler. Efter att alla har blivit elektrostatiskt "fastna" för att lösa atomer eller molekyler, kommer inte mer av det lösta ämnet att lösa sig. Vid denna tidpunkt är lösningen mättad.
En fysisk eller kemisk process?
En fysisk förändring, såsom vattenfrysning eller issmältning, förändrar inte de kemiska egenskaperna hos den förening som genomgår förändringen, medan en kemisk process gör det. Ett exempel på en kemisk förändring är förbränningsprocessen, varvid syre kombineras med kol för att producera koldioxid. CO2 har olika kemiska egenskaper än syre och kol som kombineras för att bilda det.
Det är inte klart om upplösning av ett ämne i vatten är en fysisk eller kemisk process. När du löser upp en jonisk förening, såsom salt, blir den resulterande jonlösningen en elektrolyt med andra kemiska egenskaper än rent vatten. Det skulle göra det till en kemisk process. Å andra sidan kan du återvinna allt salt i sin ursprungliga form med hjälp av den fysiska processen att koka av vattnet. När större molekyler som socker upplöses i vatten förblir sockermolekylerna intakta och lösningen blir inte jonisk. I sådana fall är upplösning tydligare en fysisk process.