Kemičari imaju izreku: "Like se otapa poput." Ovaj se aforizam odnosi na specifičnu karakteristiku molekula otapala i otopljenih tvari koje će se u njemu otopiti. Ta karakteristika je polarnost. Polarna molekula je ona koja ima međusobno suprotstavljene električne naboje; misaone stupove, ali s pozitivnim i negativnim umjesto sjevera i juga. Ako kombinirate dvije tvari s polarnim molekulama, te se polarne molekule mogu međusobno privući umjesto ostalih u spojevima koje tvore, ovisno o veličini polariteta. Molekula vode (H20) je jako polarna, zbog čega voda tako dobro otapa tvari. Ova sposobnost dala je vodi reputaciju univerzalnog otapala.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Polarne molekule vode skupljaju se oko molekula drugih polarnih spojeva, a sila privlačenja razdvaja spojeve. Molekule vode okružuju svaku molekulu dok se ona odvaja, a molekula odlazi u otopinu.
Poput Malih magneta
Svaka molekula vode kombinacija je dva atoma vodika i atoma kisika. Kad bi se atomi vodika smjestili simetrično s obje strane atoma kisika, molekula bi bila električki neutralna. Ipak se to ne događa. Dva vodika raspoređuju se na položajima od 10 sati i 2 sata, nekako poput ušiju Mickey Mousea. To daje molekuli vode neto pozitivni naboj na vodikovoj i negativni naboj na drugoj strani. Svaka molekula je poput mikroskopskog magneta koji privlači suprotni pol susjedne molekule.
Kako se tvari otapaju
Dvije vrste tvari otopit će se u vodi: ionski spojevi, kao što je natrijev klorid (NaCl ili stol sol) i spojevi sastavljeni od većih molekula koji zbog rasporeda imaju neto naboj atoma. Amonijak (NH3) je primjer druge vrste. Tri vodika su asimetrično raspoređena na dušiku, stvarajući neto pozitivni naboj s jedne i negativni naboj s druge strane.
Kada u vodu unesete polarnu otopljenu supstancu, molekule vode ponašaju se poput sićušnih magneta koje privlači metal. Skupljaju se oko nabijenih molekula otopljene tvari sve dok sila privlačenja koju stvaraju ne postane veća od sile veze koja otopljenu tvar drži zajedno. Kako se svaka molekula otopljene supstance postupno odvaja, molekule vode okružuju je i ona odlazi u otopinu. Ako je otopljena tvar čvrsta, taj se postupak događa postupno. Površinske molekule su prve koje izlažu molekule vode koje se još nisu spojile.
Ako dovoljno molekula nanese u otopinu, otopina može doći do zasićenja. U određeni spremnik nalazi se konačan broj molekula vode. Nakon što su se svi elektrostatički "zaglavili" za otapanje atoma ili molekula, više se otopljena tvar neće otopiti. U ovom je trenutku otopina zasićena.
Fizički ili kemijski proces?
Fizička promjena, poput smrzavanja vode ili otapanja leda, ne mijenja kemijska svojstva spoja koji je podložan promjeni, dok kemijski postupak to čini. Primjer kemijske promjene je proces izgaranja, pri čemu se kisik kombinira s ugljikom dajući ugljični dioksid. CO2 ima drugačija kemijska svojstva od kisika i ugljika koji se kombiniraju da bi nastali.
Nije jasno je li otapanje neke tvari u vodi fizički ili kemijski proces. Kada otopite ionski spoj, poput soli, rezultirajuća ionska otopina postaje elektrolit s drugačijim kemijskim svojstvima od čiste vode. To bi bio kemijski postupak. S druge strane, možete prikupiti svu sol u izvornom obliku fizičkim postupkom vrenja vode. Kada se veće molekule poput šećera otope u vodi, molekule šećera ostaju netaknute, a otopina ne postaje ionska. U takvim je slučajevima otapanje jasnije fizički proces.