7.3: Розчинення іонних сполук

Last updated
Save as PDF

Page ID: 17926

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Просте іонне з'єднання, таке як хлорид натрію (NaCl) складається з катіона натрію і хлоридного аніона. Оскільки це протилежно заряджені іони, вони сильно притягуються один до одного. Ця привабливість неспецифічна, і катіон натрію також сильно приваблює будь-який аніон. Коли іонна сполука розчиняється у воді, окремі катіони та аніони повністю оточені молекулами води, але ці молекули води не орієнтовані випадково. Катіон натрію у воді буде оточений молекулами води, орієнтованими так, що негативний кінець молекулярного диполя контактує з катіоном натрію. Так само води, що оточують хлоридний аніон, орієнтовані так, що позитивний кінець молекулярного диполя контактує з аніоном. Коли влаштовані так, заряджені полюси молекул води нейтралізуються, і таким чином стабілізують заряди на іоні.

Здатність води взаємодіяти з частинками заряду і стабілізувати виходить далеко за межі молекул води, які фактично торкаються іона. Оточуючи внутрішню водну оболонку - це ще одна оболонка вод, яка буде орієнтуватися так, що їх диполі зв'язуються з оголеними диполями з внутрішньої оболонки. У міру того, як наступні шари води оточують один одного, позитивний заряд від катіону розсіюється або поширюється по всій групі взаємодіючих молекул. Потім кластер стає ефективно нейтральним, дозволяючи зарядженому іону існувати вільно в розчині, видаленому з його зустрічного іона (хлориду). Динамічний збір молекул води, що оточують іон в розчині, називається сольватуючою оболонкою, і саме здатність води сольватувати і стабілізувати іони робить воду таким важливим розчинником, як в хімії, так і в біології.

Крім іонних сполук, вода також розчиняє і стабілізує більшість молекул, які є полярними, тобто якщо вони мають молекулярний диполь. Органічна сполука, метилпропіонат, містить високополярний вуглець-кисневий подвійний зв'язок. Карта електростатичного потенціалу на малюнку чітко показує отриманий молекулярний диполь і метилпропіонат досить розчинний у воді; 6,2 грама метилпропіонату розчиняться в 100 мл води. Органічна молекула пропану, не володіє значним молекулярним диполем і лише дуже слабо розчинний у воді.