6.3.2: Opløselighed af ionforbindelser: Salte

Polære forbindelser har tendens til at opløses i vand, og vi kan udvide denne generalitet til de mest polære forbindelser af alle ioniske forbindelser. Bordsalt, eller natriumklorid (NaCl), den mest almindelige ioniske forbindelse, er opløseligt i vand (360 g/L). Husk på, at NaCl er en saltkrystal, der ikke består af diskrete NaCl-molekyler, men snarere af en lang række Na+- og Cl-ioner, der er bundet sammen i tre dimensioner gennem elektrostatiske vekselvirkninger. Når NaCl opløses i vand, skal de elektrostatiske vekselvirkninger i krystallen brydes. Når molekylære forbindelser opløses i vand, er det derimod de intermolekylære kræfter mellem de enkelte molekyler, der brydes. Man kunne forestille sig, at bruddet af ioniske vekselvirkninger ville kræve et meget højt energitilskud (vi har allerede set, at diamanter ikke opløses i vand, fordi egentlige kovalente bindinger skal brydes). Det ville være rigtigt, hvis vi kun tog hensyn til den energi, der kræves for at bryde de ioniske vekselvirkninger, som det fremgår af det faktum, at NaCl smelter ved 801 oC og koger ved 1413 oC. Men vi ved, at stoffer som NaCl let opløses i vand, så der er tydeligvis noget andet i spil. Tricket er at se på hele systemet, når NaCl opløses, ligesom vi gjorde med molekylære arter. Vi er nødt til at overveje de vekselvirkninger, der brydes, og dem, der dannes. Disse ændringer i vekselvirkningerne afspejles i ΔH-termen (fra ΔG = ΔH – TΔS).

Når en NaCl-krystal kommer i kontakt med vand, vekselvirker vandmolekylerne med Na+- og Cl-ionerne på krystallens overflade, som vist i figuren. Vandmolekylernes positive ender (hydrogenerne) vekselvirker med kloridionerne, mens vandmolekylernes negative ender (ilten) vekselvirker med natriumionerne. Så ionen på overfladen af det faste stof interagerer med vandmolekyler fra opløsningen; disse VisChem animation fra vandmolekyler danner en dynamisk klynge omkring ionen. Termisk bevægelse skildrer hydrering af en Na (som afspejler molekylernes kinetiske energi, dvs. +-ionen på en NaCl-overflade.
bevægelse drevet af kollisioner med andre molekyler i systemet) bevæger derefter ionen og dens vandskal ind i opløsningen.116 Vandskallen er meget dynamisk – molekyler kommer ind og forlader den. Ion-dipol-interaktionen mellem ioner og vandmolekyler kan være meget stærkt stabiliserende (- ΔH). Den proces, hvorved opløsningsmiddelmolekyler interagerer med og stabiliserer opløste molekyler i opløsning, kaldes solvering. Når vand er opløsningsmidlet, kaldes processen for hydrering.

Spørgsmål til besvarelse

  • Tegn et billede på molekylært niveau af en opløsning af NaCl. Vis alle de typer partikler og vekselvirkninger, der findes i opløsningen.

  • Når vi beregner og måler termodynamiske størrelser (såsom ΔH, ΔS og ΔG), hvorfor er det så vigtigt at angive systemet og omgivelserne?

  • Når et stof opløses i vand, hvad er så systemet, og hvad er omgivelserne? Hvorfor? Hvilke kriterier ville du bruge til at specificere systemet og omgivelserne?

  • For en opløsning fremstillet af NaCl og vand, hvilke vekselvirkninger skal overvindes, når NaCl går i opløsning? Hvilke nye vekselvirkninger dannes i opløsningen?

  • Hvis temperaturen stiger, når opløsningen dannes, hvad kan man så konkludere om den relative styrke af de vekselvirkninger, der overvindes, og de vekselvirkninger, der dannes? Hvad kan vi konkludere, hvis temperaturen går ned?

  • Når man måler temperaturen i en opløsning, måler man så systemet eller omgivelserne?

Spørgsmål til eftertanke

  • Hvorfor er vandskallen omkring en ion ikke stabil?

  • Hvad er grænserne i et biologisk system?

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.