Kemistillä on sanonta: "Tykkää liukenee kuin." Tämä aforismi viittaa liuottimen molekyylien ja siihen liukenevien liuenneiden aineiden erityisominaisuuksiin. Tämä ominaisuus on napaisuus. Polaarimolekyyli on molekyyli, jolla on sähkövarauksia vastakkain; ajattele napoja, mutta positiivisilla ja negatiivisilla pohjoisen ja etelän sijaan. Jos yhdistät kaksi ainetta polaarimolekyylien kanssa, nämä polaarimolekyylit voivat vetää puoleensa toisiaan pikemminkin kuin muut niistä yhdisteistä, joita ne muodostavat, riippuen napaisuudet. Vesimolekyyli (H20) on voimakkaasti polaarinen, minkä vuoksi vesi on niin hyvä aineiden liuottamisessa. Tämä kyky on antanut vedelle maineen universaalina liuottimena.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Polaariset vesimolekyylit kerääntyvät muiden polaaristen yhdisteiden molekyylien ympärille, ja vetovoima hajottaa yhdisteet erilleen. Vesimolekyylit ympäröivät kutakin molekyyliä, kun se irtoaa, ja molekyyli ajautuu liuokseen.
Kuten pienet magneetit
Jokainen vesimolekyyli on kahden vetyatomin ja happiatomin yhdistelmä. Jos vetyatomit järjestyisivät symmetrisesti happiatomin kummallekin puolelle, molekyyli olisi sähköisesti neutraali. Sitä ei kuitenkaan tapahdu. Nämä kaksi vetyä asettuvat itselleen kello 10 ja 2 asentoihin, aivan kuten Mikki Hiiren korvat. Tämä antaa vesimolekyylille positiivisen nettovarauksen vetypuolella ja negatiivisen varauksen toisella puolella. Jokainen molekyyli on kuin mikroskooppinen magneetti, joka on houkutettu viereisen molekyylin vastakkaiseen napaan.
Kuinka aineet liukenevat
Kahden tyyppiset aineet liukenevat veteen: ioniset yhdisteet, kuten natriumkloridi (NaCl tai taulukko suola) ja yhdisteet, jotka koostuvat suuremmista molekyyleistä, joiden nettovaraus johtuu niiden järjestelystä atomeja. Ammoniakki (NH3) on esimerkki toisesta tyypistä. Kolme vetyä on järjestetty epäsymmetrisesti typelle, mikä luo toisella puolella positiivisen nettovarauksen ja toisella negatiivisen.
Kun johdat polaarisen liuenneen aineen veteen, vesimolekyylit käyttäytyvät kuin pienet magneetit, jotka vetävät metallia. Ne kerääntyvät liuenneen aineen varautuneiden molekyylien ympärille, kunnes niiden luoma vetovoima tulee suuremmaksi kuin liuosta pitävän sidoksen. Kun jokainen liuenneen molekyylin hajoaa vähitellen, vesimolekyylit ympäröivät sitä, ja se ajautuu liuokseen. Jos liukeneva aine on kiinteää, tämä prosessi tapahtuu vähitellen. Pintamolekyylit ovat ensimmäisiä, jotka altistavat alla olevat vesimolekyyleille, jotka eivät ole vielä sitoutuneet.
Jos riittävästi molekyylejä ajautuu liuokseen, liuos voi saavuttaa kylläisyyden. Annetussa säiliössä on rajallinen määrä vesimolekyylejä. Sen jälkeen kun ne kaikki ovat elektrostaattisesti "jumissa" liuottamaan atomeja tai molekyylejä, mikään liuenneesta aineesta ei enää liukene. Tässä vaiheessa liuos on kyllästetty.
Fyysinen tai kemiallinen prosessi?
Fyysinen muutos, kuten veden jäätyminen tai jään sulaminen, ei muuta muutoksen kohteena olevan yhdisteen kemiallisia ominaisuuksia, kun taas kemiallinen prosessi muuttaa. Esimerkki kemiallisesta muutoksesta on palamisprosessi, jossa happi yhdistyy hiileen hiilidioksidin tuottamiseksi. CO2 on erilaiset kemialliset ominaisuudet kuin hapella ja hiilellä, jotka yhdistyvät muodostaen sen.
Ei ole selvää, onko aineen liuottaminen veteen fysikaalinen vai kemiallinen prosessi. Kun liuotat ionisen yhdisteen, kuten suolan, tuloksena olevasta ioniliuoksesta tulee elektrolyytti, jolla on erilaiset kemialliset ominaisuudet kuin puhtaalla vedellä. Se tekisi siitä kemiallisen prosessin. Toisaalta voit ottaa kaiken suolan talteen alkuperäisessä muodossaan käyttämällä veden kiehumisen fyysistä prosessia. Kun suuremmat molekyylit, kuten sokeri, liukenevat veteen, sokerimolekyylit pysyvät ehjinä, eikä liuos muutu ioniseksi. Tällaisissa tapauksissa liukeneminen on selkeämmin fyysinen prosessi.