Mozete li mi reci nesto vise o vodi kao otapalu.kako se otapaju soli i ostale tvari... Hvala :)

Ime i prezime: Toni Dujmovic dujmovic.toni1@gmail.com

 


Svojstva vode kao otapala izvode se iz svojstava vode same. Kao što već znaš, voda je građena od jednog atoma kisika i dva atoma vodika vezana za nj. Kako je kisik jako elektronegativan, a vodik baš i ne, molekule vode vrlo su polarne, a k tomu su i sposobne tvoriti vodikove veze. Zbog toga je voda, kako u tekućem, tako i u krutom stanju, premrežena vodikovim vezama. No, dok su u ledu (kojem god, ima ih preko deset) molekule vode na dosta fiksiranim položajima, u tekućini su one približno na istom mjestu, u tzv. klasterima, toliko kratko da se to mjeri femtosekundama. Ipak, kratkotrajnost tih struktura ne znači da one ne određuju svojstva vode, već samo da ih je jako teško analizirati. Pored tih klastera, koji sadrže strukturiranu vodu, dio molekula nalazi se u neuređenijem stanju, premda su i dalje povezane sa susjedima preko vodikovih veza.
Otapanje tvari znači da se ta tvar pomiješala s otapalom, i to tako da nikako više ne možemo vidjeti komadiće te tvari kako plivaju u otapalu (naravno, postoji čitav spektar slučajeva koji su negdje između). Razlog je to što se miješanje zbiva na molekulskoj razini. To vrijedi za otapanje u bilo kojem otapalu, pa tako i u vodi. Međutim, voda, za razliku od npr. heksana, voli zakomplicirati stvari. Tako će se, nađe li se u vodi kakve polarna molekula, brzo na njezin pozitivno nabijen kraj vezati kakav kisikov atom, dok će negativni privući vodikove atome, a onda će se na te molekule vode vezati iduće itd.
U slučaju solî to znači da će se i kationi i anioni okružiti molekulama vode, pri čemu će anioni kontakt ostvarivati preko vodikovih, a kationi preko kisikovih atoma. Kratko se to naziva hidratacijom, a za bilo koje otapalo općenito solvatacijom. No, priča tu ne staje. Ioni mogu oko sebe skupiti tek određen broj molekula vode u neposrednom kontaktu. Tako će natrijev kation oko sebe skupiti šest molekula vode, i to u vrhovima oktaedra, dok će kloridni biti nešto slobodniji i tvoriti barem četiri vodikove veze ne odveć stalne naravi. Te molekule vode čine prvu koordinacijsku sferu. Na njih se zatim veže još molekula vode, čineći tako drugu koordinacijsku sferu. Zbog toga se u vodenoj otopini ne nalaze sami ioni, već cijele nakupine molekula. Kako se takve vrste očito mogu dobro povezati s ostalim molekulama vode, očito će jednostavne soli u pravilu biti dobro topljive u vodi. Iznimke su one soli koje imaju toliko stabilnu kristalnu rešetku da im hidratacija ne pomaže ostati u vodi.
Drugačije je kad dođemo do organskih soli. Naboje i dalje imamo, ali često imamo i ogromne komade molekula koji se s vodom jedino mogu vezati preko slabih polarnih interakcija, često tako da dipol organske molekule bude induciran vodinim. Kod njih će topljivost zbog toga izravno ovisiti o odnosu veličina polarnog i nepolarnog dijela molekule. Naravno, opet će postojati izuzeci koji se tako dobro slažu u krutom stanju da ih otapanje u vodi uopće ne zanima, kao i soli s ogromnim anionima i kationima koji se mogu umetnuti samo između klasterâ, tjerajući tako nestrukturiranu vodu da ode u klastere, zbog čega otapanje ima povoljan energetski doprinos.
Kod neutralnih molekula sve se uglavnom svodi na mogućnost ostvarivanja polarnih veza. Spojevi u kojima dominiraju polarne veze bit će dobro topljivi u vodi, dok će nepolarne skupine topljivost smanjivati. Primjerice, amonijak, klorovodik ili fosforna kiselina jako su dobro topljivi u vodi, dok je sumpor u vodi netopljiv. Kod organskih spojeva ovisnost topljivosti u vodi o polarnosti naročito se lijepo dade ilustrirati duljinom ugljikovodičnog lanca vezanog za neku polarnu skupinu. Primjerice, etanol, i propan-1-ol miješaju se s vodom u svim omjerima, butan-1-ol se otapa u vodi do 73 g/L, pentan-1-ol do 22 g/L, a heksan-1-ol do 5,9 g/L. Očito su nepolarni ugljikovodični lanci vodi toliko nepoželjni gosti da ni hidroksilna skupina tu ne pomaže puno.
Kako točno izgleda otapanje alkoholâ u vodi? Očito se polarne skupine vežu za molekule isto takvim vezama, dok nepolarne moraju napraviti nešto drugo. Ili, bolje rečeno, voda mora napraviti nešto drugo. Mora se, kako bi sačuvala brojnost vodikovih veza (jer njihovo je kidanje skupo, traži puno energije), posložiti nekako oko tih uljeza. To preslagivanje opet nije previše sretno rješenje, tako da će voda, bude li previše tih gostiju, njih jednostavno istisnuti pa ćemo umjesto otopine vidjeti emulziju ili pak raslojavanje. Obično se taj efekt naziva hidrofobijom, no ja sam skloniji mišljenju da je ustvari voda ksenofobična.
Tu bih s pričama o otapanju stao. Napisao sam puno pomalo nasumičnih stvari, nadam se da nema puno pogrešaka (u suprotnom ću moliti da me netko od ostalih odgovarača ispravi), nadam se da sam sliku ponešto razbistrio, a i dao do znanja da je otapanje u vodi, uprkos jednostavnosti vode, vjerojatno najkompliciranije od svih otapanja. Ukratko, za opću sliku otapanja treba iza sebe imati odgovarajuće studijske predmete, a za potpunu će se morati pobrinuti znanost. Naime, još smo uvijek daleko od toga da možemo reći da znamo što se sve i kako događa u vodi.

Pozdrav,

Odgovorio: Ivica Cvrtila   i.cvrtila@rug.nl

<-- Povratak

 

Postavite pitanje iz bilo kojeg područja kemije i
e-škola će osigurati da dobijete odgovor od kompetentnog znanstvenika.

copyright 1999-2000 e_škola_________kemija