Co się dzieje, gdy do wody dodaje się sól?

Widok zwykłej soli rozpuszczonej w wodzie jest ci najprawdopodobniej całkowicie znajomy, ponieważ zjawisko to dosłownie dominuje nad kulą ziemską. Ponad dwie trzecie powierzchni Ziemi pokrywa woda oceaniczna, która ma szczególnie słony lub „słony” charakter. („Sal” to łacińskie słowo oznaczające sól.)

Sól kuchenna składa się ze związku jonowegochlorek sodu,który składa się z pierwiastków chemicznych sodu i chloru. Prawdopodobnie jako dziecko nauczyłeś się od niezamierzonych zabaw przy kuchennym stole, że jeśli posypiesz solą szklankę czystej wody, po pewnym czasie sól zniknie; im więcej soli dodasz, tym dłużej to potrwa i może wymagać wstrząsania lub mieszania.

Ciała stałerozpuszczającyw ciekłym rozpuszczalniku (zwykle woda w eksperymentach chemicznych) stwórz roztwór, a rozpuszczanie soli w wodzie jest klasycznym przykładem tego, jak zachowuje się polarna substancja rozpuszczona w polarnym rozpuszczalniku, takim jak H₂O. Po drodze otrzymasz dodatek chemii kwasowo-zasadowej, aby dopełnić „smak” doświadczenia w słonej wodzie!

Woda (H₂O) składa się z pierwiastków wodorowych (oznaczonych przez H naukład okresowy pierwiastków) i tlen (O) w stosunku molowym 2 do 1. Oznacza to, że na każdy atom O w wodzie przypada dwa atomy H. Ponieważ jednak tlen jest około 16 razy masywniejszy od atomu wodoru, cząsteczka wody to prawie dziewięć dziesiątych masy tlenu.

Woda jest ciałem stałym w temperaturach poniżej 0°C, cieczą w temperaturze od 0°C do 100°C, a gazem (para wodna) w temperaturach powyżej 100°C. Jest polarny, co oznacza, że ​​chociaż nie ma ładunku netto, jego części (w tym przypadku atom tlenu) są nieznacznie ujemny ze względu na większą gęstość elektronów, pozostawiając nieco inne części (w tym przypadku atomy wodoru) pozytywny.

Sól kuchenna (chlorek sodu lub NaCl) jest związkiem jonowym, co oznacza, że ​​wiązanie, które tworzy, jest wynikiem darowizny elektronu od jednego atomu (tu Na) do drugiego (Cl), a nie od wspólnego elektronu widocznego w kowalencyjnym więzy. To sprawia, że ​​wiązanie jest wysoce elektroujemne, czego konsekwencje, gdy NaCl rozpuści się w wodzie, wkrótce staną się widoczne.

Wnikliwi czytelnicy mogą się zastanawiać, dlaczego znany w laboratorium chemicznym kwas HCl, kwas chlorowodorowy, nie tworzy się, gdy NaCl jest umieszczany w wodzie. Domniemana reakcja to

NaCl + H₂O → NaOH + HCl

Chociaż ta reakcja mogłaby przebiegać teoretycznie, jest niezwykle niekorzystna energetycznie. Dzieje się tak, ponieważ HCl jest znacznie silniejszym kwasem niż woda i szczęśliwie zrzuca swój proton w roztworach o kwasowości znacznie większej niż woda, która ma neutralne pH 7. Ponadto wodorotlenek sodu (NaOH) jest bardzo silną zasadą, która pochłonie uwolniony H⁺ w każdym razie jony, tworząc wodę.

Strzałka w powyższym równaniu powinna zatem wskazywać nainnykierunku, ponieważ sprzyja totermodynamikarozwiązania.

Zauważono już polaryzację zarówno cząsteczki wody, którą można sobie wyobrazić jako z grubsza w kształcie bumerangu, jak i cząsteczki NaCl, która wygląda bardziej jak krótki hantle.

Po umieszczeniu soli kuchennej w wodzie, lekko elektrododatnia część sodu jest przyciągana przez lekko elektroujemną część tlenu cząsteczek wody. W tym samym czasie lekko elektroujemna część chloru w NaCl jest przyciągana przez nieco elektrododatni wodór w wodzie.

W żadnym przypadku nie powstaje prawdziwe wiązanie, ale przyciąganie powoduje „przeciąganie liny”, w którym wiązania jonowe NaCl i wiązania kowalencyjne H₂O są napięte.

Silniejsze wiązania kowalencyjne wody (która jest również utrzymywana razem przez wiązania wodorowe)pomiędzycząsteczki wody) zwyciężają, a NaCl zostaje rozerwany za pomocą Na+ i Cl^_ jony osadzające się luźno pomiędzy nienaruszonym H₂O cząsteczki. NaCl jest wtedyrozpuszczony​.