Ķīmiķiem ir teiciens: "Patīk izšķīdina līdzīgu." Šis aforisms attiecas uz konkrētu šķīdinātāja molekulu un izšķīdušo vielu īpašībām, kas tajā izšķīdīs. Šī īpašība ir polaritāte. Polārā molekula ir tā, kuras elektriskie lādiņi ir pretēji viens otram; domā polus, bet ar pozitīvu un negatīvu, nevis ziemeļu un dienvidu. Ja jūs apvienojat divas vielas ar polārām molekulām, šīs polārās molekulas var piesaistīt viena otrai nevis pārējie savienojumos, kurus tie veido, atkarībā no lieluma polaritātes. Ūdens molekula (H20) ir stipri polāra, tāpēc ūdens tik ļoti labi izšķīst vielas. Šī spēja ūdenim ir devusi universāla šķīdinātāja reputāciju.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Polārās ūdens molekulas savācas ap citu polāro savienojumu molekulām, un pievilkšanās spēks savienojumus sadala. Ūdens molekulas, noraujoties, ieskauj katru molekulu, un molekula novirzās šķīdumā.
Tāpat kā mazie magnēti
Katra ūdens molekula ir divu ūdeņraža atomu un skābekļa atoma kombinācija. Ja ūdeņraža atomi simetriski izvietotos abās skābekļa atoma pusēs, molekula būtu elektriski neitrāla. Tomēr tas nenotiek. Abi ūdeņraži paši sakārtojas pulksten 10 un 2, nedaudz līdzīgi Mikija peles ausīm. Tas dod ūdens molekulai tīru pozitīvu lādiņu ūdeņraža pusē un negatīvu lādiņu otrā pusē. Katra molekula ir kā mikroskopisks magnēts, kas piesaistīts blakus esošās molekulas pretējam polam.
Kā vielas izšķīst
Divu veidu vielas tiks izšķīdinātas ūdenī: jonu savienojumi, piemēram, nātrija hlorīds (NaCl vai tabula sāls) un savienojumi, kas sastāv no lielākām molekulām, kurām ir neto lādiņš to izvietojuma dēļ atomi. Amonjaks (NH3) ir otrā veida piemērs. Trīs ūdeņraži ir izvietoti asimetriski uz slāpekļa, vienā pusē izveidojot tīro pozitīvo lādiņu, bet otrā - negatīvo.
Ievietojot ūdenī polāro izšķīdušo vielu, ūdens molekulas izturas kā mazi magnēti, kurus piesaista metāls. Viņi savāc ap izšķīdušās vielas uzlādētajām molekulām, līdz to radītais pievilkšanās spēks kļūst lielāks nekā saitei, kas satur izšķīdušo vielu kopā. Katrai izšķīdušās molekulas pakāpeniski atdaloties, ūdens molekulas to ieskauj, un tā nonāk šķīdumā. Ja izšķīdušā viela ir cieta viela, šis process notiek pakāpeniski. Pirmās iet virsmas virsmas molekulas, pakļaujot zem tām esošās ūdens molekulas, kas vēl nav saistītas.
Ja šķīdumā nokļūst pietiekami daudz molekulu, šķīdums var sasniegt piesātinājumu. Dotajā traukā ir ierobežots skaits ūdens molekulu. Pēc tam, kad visi no tiem ir elektrostatiski "iestrēguši", lai izšķīdinātu atomus vai molekulas, vairs nešķīst izšķīdušās vielas. Šajā brīdī šķīdums ir piesātināts.
Fizikāls vai ķīmisks process?
Fiziskas izmaiņas, piemēram, ūdens sasalšana vai ledus kušana, nemaina savienojuma ķīmiskās īpašības, kurā notiek izmaiņas, bet ķīmisko procesu. Ķīmisko izmaiņu piemērs ir sadegšanas process, kurā skābeklis apvienojas ar oglekli, veidojot oglekļa dioksīdu. CO2 ir atšķirīgas ķīmiskās īpašības nekā skābeklim un ogleklim, kas to veido.
Nav skaidrs, vai vielas izšķīdināšana ūdenī ir fizisks vai ķīmisks process. Izšķīdinot jonu savienojumu, piemēram, sāli, iegūtais jonu šķīdums kļūst par elektrolītu ar citām ķīmiskām īpašībām nekā tīrs ūdens. Tas padarītu to par ķīmisku procesu. No otras puses, jūs varat atgūt visu sāli sākotnējā formā, izmantojot fizisku ūdens vārīšanas procesu. Kad lielākas molekulas, piemēram, cukurs, izšķīst ūdenī, cukura molekulas paliek neskartas, un šķīdums nekļūst jonisks. Šādos gadījumos izšķīšana skaidrāk ir fizisks process.