Chemikai turi posakį: „Panašus ištirpina panašų“. Šis aforizmas reiškia specifinę tirpiklio molekulių ir tirpių medžiagų, kurios joje ištirps, savybes. Ta savybė yra poliškumas. Polinė molekulė yra ta, kurios elektriniai krūviai priešingi vienas kitam; mąsto polius, bet su teigiamais ir neigiamais, o ne šiaurę ir pietus. Sujungus dvi medžiagas su polinėmis molekulėmis, tas polines molekules galima pritraukti viena kitai o ne likusius junginiuose, kuriuos jie sudaro, priklausomai nuo jų dydžio poliškumas. Vandens molekulė (H20) yra stipriai poliarinis, todėl vanduo taip gerai tirpdo medžiagas. Šis gebėjimas suteikė vandeniui visuotinio tirpiklio reputaciją.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Poliarinės vandens molekulės kaupiasi aplink kitų polinių junginių molekules, o traukos jėga skaido junginius. Vandens molekulės supa kiekvieną molekulę, kai ji atsiskiria, ir molekulė virsta tirpalu.
Kaip maži magnetukai
Kiekviena vandens molekulė yra dviejų vandenilio atomų ir deguonies atomo derinys. Jei vandenilio atomai išsidėstytų simetriškai abiejose deguonies atomo pusėse, molekulė būtų elektriškai neutrali. Vis dėlto taip nėra. Du vandeniliai išsidėstę 10 ir 2 val. Padėtyje, panašiai kaip Mickey Mouse ausys. Tai suteikia vandens molekulei gryną teigiamą krūvį vandenilio pusėje ir neigiamą krūvį kitoje pusėje. Kiekviena molekulė yra tarsi mikroskopinis magnetas, pritraukiamas į priešingą gretimos molekulės polių.
Kaip ištirpsta medžiagos
Vandenyje ištirps dviejų rūšių medžiagos: joniniai junginiai, tokie kaip natrio chloridas (NaCl arba lentelė druska) ir junginiai, susidedantys iš didesnių molekulių, turinčių grynąjį krūvį dėl jų išsidėstymo atomai. Amoniakas (NH3) yra antrojo tipo pavyzdys. Trys vandeniliai išsidėstę asimetriškai ant azoto, iš vienos pusės sukuriant grynąjį teigiamą krūvį, iš kitos - neigiamą.
Kai į vandenį įleidžiate poliarinį tirpalą, vandens molekulės elgiasi kaip maži magnetai, kuriuos traukia metalas. Jie renka aplink įkrautas ištirpusios medžiagos molekules, kol jų sukurta traukos jėga tampa didesnė nei junginio, laikančio tirpinį kartu. Kiekvienai ištirpusios medžiagos molekulei palaipsniui išsiskiriant, vandens molekulės ją supa, ir ji virsta tirpalu. Jei ištirpusios medžiagos yra kietos medžiagos, šis procesas vyksta palaipsniui. Pirmosios eina paviršiaus molekulės, kurios paverčia apačioje esančias vandens molekules, kurios dar nėra sujungtos.
Jei į tirpalą patenka pakankamai molekulių, tirpalas gali būti prisotintas. Duotame inde telpa ribotas skaičius vandens molekulių. Po to, kai visi jie elektrostatiškai „prilipo“ prie ištirpusių atomų ar molekulių, daugiau neištirpusios medžiagos neištirps. Šiuo metu tirpalas yra prisotintas.
Fizinis ar cheminis procesas?
Fizinis pokytis, pvz., Vandens užšalimas ar ledo tirpimas, nekeičia cheminių junginio, kuriame vyksta pokyčiai, savybių, tuo tarpu cheminis procesas daro. Cheminių pokyčių pavyzdys yra degimo procesas, kai deguonis kartu su anglimi gamina anglies dioksidą. CO2 pasižymi skirtingomis cheminėmis savybėmis nei deguonis ir anglis, kurie susijungia į jį.
Neaišku, ar medžiagos ištirpinimas vandenyje yra fizinis ar cheminis procesas. Ištirpinus joninį junginį, pavyzdžiui, druską, gautas joninis tirpalas tampa kitokių cheminių savybių elektrolitu nei grynas vanduo. Tai paverstų jį cheminiu procesu. Kita vertus, jūs galite atgauti visą druską pradine forma naudodamiesi fiziniu vandens virimo procesu. Kai didesnės molekulės, tokios kaip cukrus, ištirpsta vandenyje, cukraus molekulės lieka nepažeistos, o tirpalas netampa joninis. Tokiais atvejais skaidymas aiškiau yra fizinis procesas.