จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อสารละลายในน้ำ?

นักเคมีมีคำกล่าวที่ว่า "ชอบละลายเหมือน" คำพังเพยนี้หมายถึงลักษณะเฉพาะของโมเลกุลของตัวทำละลายและตัวถูกละลายที่จะละลายในนั้น ลักษณะนั้นเป็นขั้ว โมเลกุลขั้วคือโมเลกุลที่มีประจุไฟฟ้าตรงข้ามกัน คิดขั้วแต่บวกกับลบแทนเหนือและใต้ หากคุณรวมสารสองชนิดเข้ากับโมเลกุลมีขั้ว โมเลกุลของขั้วเหล่านั้นก็สามารถดึงดูดเข้าหากันได้ แทนที่จะเป็นส่วนที่เหลือในสารประกอบที่เกิดขึ้น ขึ้นอยู่กับขนาดของ ขั้ว โมเลกุลของน้ำ (H₂0) มีขั้วมาก ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้น้ำสามารถละลายสารได้ดีมาก ความสามารถนี้ทำให้น้ำมีชื่อเสียงว่าเป็นตัวทำละลายสากล

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

โมเลกุลของน้ำโพลาร์จะสะสมรอบๆ โมเลกุลของสารประกอบที่มีขั้วอื่นๆ และแรงดึงดูดจะแยกสารประกอบออกจากกัน โมเลกุลของน้ำล้อมรอบแต่ละโมเลกุลในขณะที่แตกตัวออกไป และโมเลกุลก็จะลอยไปในสารละลาย

โมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุลเป็นการรวมกันของอะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมและอะตอมของออกซิเจน ถ้าอะตอมไฮโดรเจนจัดเรียงตัวแบบสมมาตรที่ด้านใดด้านหนึ่งของอะตอมออกซิเจน โมเลกุลก็จะเป็นกลางทางไฟฟ้า นั่นไม่ใช่สิ่งที่เกิดขึ้น ไฮโดรเจนทั้งสองจะเรียงตัวกันที่ตำแหน่ง 10 นาฬิกาและ 2 นาฬิกา คล้ายกับหูของมิกกี้เมาส์ สิ่งนี้ทำให้โมเลกุลของน้ำมีประจุบวกสุทธิที่ด้านไฮโดรเจนและมีประจุลบในอีกด้านหนึ่ง แต่ละโมเลกุลเป็นเหมือนแม่เหล็กขนาดเล็กที่ดึงดูดไปยังขั้วตรงข้ามของโมเลกุลที่อยู่ติดกัน

สารสองประเภทจะละลายในน้ำ: สารประกอบไอออนิก เช่น โซเดียมคลอไรด์ (NaCl หรือ table เกลือ) และสารประกอบที่ประกอบด้วยโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีประจุสุทธิเนื่องจากการจัดเรียงตัวของ อะตอม แอมโมเนีย (NH₃) เป็นตัวอย่างของประเภทที่สอง ไฮโดรเจนทั้งสามถูกจัดเรียงอย่างไม่สมมาตรบนไนโตรเจน ทำให้เกิดประจุบวกสุทธิด้านหนึ่งและด้านลบอีกด้านหนึ่ง

เมื่อคุณแนะนำตัวถูกละลายในขั้วลงไปในน้ำ โมเลกุลของน้ำจะมีพฤติกรรมเหมือนแม่เหล็กขนาดเล็กที่ดึงดูดโลหะ พวกเขารวบรวมรอบโมเลกุลที่มีประจุของตัวถูกละลายจนกระทั่งแรงดึงดูดที่พวกมันสร้างขึ้นมากกว่าพันธะที่ยึดตัวถูกละลายไว้ด้วยกัน เมื่อโมเลกุลของตัวถูกละลายแต่ละโมเลกุลค่อยๆ แตกตัวออกไป โมเลกุลของน้ำจะล้อมรอบตัวมัน และมันจะลอยเข้าสู่สารละลาย ถ้าตัวถูกละลายเป็นของแข็ง กระบวนการนี้จะค่อยๆ โมเลกุลของพื้นผิวเป็นโมเลกุลแรกที่ไป โดยเผยให้เห็นโมเลกุลที่อยู่ใต้น้ำที่ยังไม่ได้เกาะติดกัน

หากโมเลกุลลอยเข้าสู่สารละลายได้เพียงพอ สารละลายจะเข้าสู่สภาวะอิ่มตัวได้ ภาชนะที่กำหนดมีโมเลกุลของน้ำจำนวนจำกัด หลังจากที่พวกมันทั้งหมดกลายเป็นไฟฟ้าสถิต "ติด" กับอะตอมหรือโมเลกุลที่ถูกละลาย ตัวถูกละลายจะไม่ละลายอีกต่อไป ณ จุดนี้สารละลายอิ่มตัว

การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เช่น การแช่แข็งของน้ำหรือน้ำแข็งละลาย จะไม่เปลี่ยนคุณสมบัติทางเคมีของสารประกอบที่ทำการเปลี่ยนแปลง ในขณะที่กระบวนการทางเคมีทำ ตัวอย่างของการเปลี่ยนแปลงทางเคมีคือกระบวนการเผาไหม้ โดยที่ออกซิเจนจะรวมกับคาร์บอนเพื่อผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ CO₂ มีคุณสมบัติทางเคมีที่แตกต่างจากออกซิเจนและคาร์บอนที่รวมกันเป็นมัน

ไม่ชัดเจนว่าการละลายสารในน้ำเป็นกระบวนการทางกายภาพหรือทางเคมี เมื่อคุณละลายสารประกอบไอออนิก เช่น เกลือ สารละลายไอออนิกที่ได้จะกลายเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่มีคุณสมบัติทางเคมีแตกต่างจากน้ำบริสุทธิ์ ซึ่งจะทำให้มันเป็นกระบวนการทางเคมี ในทางกลับกัน คุณสามารถกู้คืนเกลือทั้งหมดในรูปแบบดั้งเดิมโดยใช้กระบวนการทางกายภาพของการต้มน้ำ เมื่อโมเลกุลที่ใหญ่กว่า เช่น น้ำตาลละลายในน้ำ โมเลกุลของน้ำตาลจะยังคงไม่เสียหาย และสารละลายจะไม่กลายเป็นไอออนิก ในกรณีเช่นนี้ การละลายเป็นกระบวนการทางกายภาพที่ชัดเจนกว่า