Chemici hebben een gezegde: "Like lost like op." Dit aforisme verwijst naar een specifiek kenmerk van de moleculen van een oplosmiddel en de opgeloste stoffen die erin zullen oplossen. Dat kenmerk is polariteit. Een polair molecuul is een molecuul met elektrische ladingen die tegenover elkaar staan; denkpolen maar met positief en negatief in plaats van noord en zuid. Als je twee stoffen combineert met polaire moleculen, kunnen die polaire moleculen tot elkaar worden aangetrokken in plaats van de rest van degenen in de verbindingen die ze vormen, afhankelijk van de grootte van de polariteiten. Het watermolecuul (H20) is sterk polair, daarom is water zo goed in het oplossen van stoffen. Dit vermogen heeft water de reputatie gegeven een universeel oplosmiddel te zijn.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Polaire watermoleculen verzamelen zich rond de moleculen van andere polaire verbindingen en de aantrekkingskracht breekt de verbindingen uit elkaar. Watermoleculen omringen elk molecuul terwijl het afbreekt, en het molecuul drijft in oplossing.
Zoals kleine magneten
Elk watermolecuul is een combinatie van twee waterstofatomen en een zuurstofatoom. Als de waterstofatomen zich symmetrisch aan weerszijden van het zuurstofatoom zouden rangschikken, zou het molecuul elektrisch neutraal zijn. Dat is echter niet wat er gebeurt. De twee waterstofatomen rangschikken zich op de 10 uur en 2 uur posities, een beetje zoals de oren van Mickey Mouse. Dit geeft het watermolecuul een netto positieve lading aan de waterstofkant en een negatieve lading aan de andere kant. Elk molecuul is als een microscopisch kleine magneet aangetrokken door de tegenovergestelde pool van het aangrenzende molecuul.
Hoe stoffen oplossen
Twee soorten stoffen lossen op in water: ionische verbindingen, zoals natriumchloride (NaCl of tafel) zout) en verbindingen die zijn samengesteld uit grotere moleculen die een netto lading hebben vanwege de rangschikking van hun atomen. Ammoniak (NH3) is een voorbeeld van het tweede type. De drie waterstofatomen zijn asymmetrisch op de stikstof gerangschikt, waardoor aan de ene kant een netto positieve lading en aan de andere kant een negatieve lading ontstaat.
Wanneer je een polaire opgeloste stof in water introduceert, gedragen de watermoleculen zich als kleine magneten die worden aangetrokken door metaal. Ze verzamelen zich rond de geladen moleculen van de opgeloste stof totdat de aantrekkingskracht die ze creëren groter wordt dan die van de binding die de opgeloste stof bij elkaar houdt. Terwijl elk opgelost molecuul geleidelijk afbreekt, omringen watermoleculen het en drijft het in oplossing. Als de opgeloste stof een vaste stof is, gebeurt dit proces geleidelijk. De oppervlaktemoleculen zijn de eersten die gaan, waardoor de onderliggende moleculen worden blootgesteld aan watermoleculen die nog niet zijn gebonden.
Als er genoeg moleculen in de oplossing drijven, kan de oplossing verzadiging bereiken. Een bepaalde container bevat een eindig aantal watermoleculen. Nadat ze allemaal elektrostatisch "vastzitten" aan opgeloste atomen of moleculen, zal er niets meer van de opgeloste stof oplossen. Op dit punt is de oplossing verzadigd.
Een fysiek of chemisch proces?
Een fysieke verandering, zoals het bevriezen van water of het smelten van ijs, verandert de chemische eigenschappen van de verbinding die de verandering ondergaat niet, terwijl een chemisch proces dat wel doet. Een voorbeeld van een chemische verandering is het verbrandingsproces, waarbij zuurstof wordt gecombineerd met koolstof om koolstofdioxide te produceren. CO2 heeft andere chemische eigenschappen dan de zuurstof en koolstof die samen het vormen.
Het is niet duidelijk of het oplossen van een stof in water een fysisch of chemisch proces is. Wanneer je een ionische verbinding, zoals zout, oplost, wordt de resulterende ionische oplossing een elektrolyt met andere chemische eigenschappen dan zuiver water. Dat zou het een chemisch proces maken. Aan de andere kant kun je al het zout in zijn oorspronkelijke vorm terugwinnen door het fysieke proces van het afkoken van het water. Wanneer grotere moleculen zoals suiker oplossen in water, blijven de suikermoleculen intact en wordt de oplossing niet ionisch. In dergelijke gevallen is ontbinding duidelijk een fysiek proces.
