6.3.2: Oplosbaarheid van Ionische Verbindingen: Zouten

Polaire verbindingen hebben de neiging op te lossen in water, en we kunnen die algemeenheid uitbreiden tot de meest polaire verbindingen van alle-ionische verbindingen. Keukenzout, of natriumchloride (NaCl), de meest voorkomende ionische verbinding, is oplosbaar in water (360 g/L). NaCl is een zoutkristal dat niet uit afzonderlijke NaCl-moleculen bestaat, maar uit een uitgebreide reeks Na+- en Cl-ionen die door elektrostatische interacties in drie dimensies aan elkaar gebonden zijn. Wanneer NaCl in water oplost, moeten de elektrostatische interacties binnen het kristal verbroken worden. Wanneer daarentegen moleculaire verbindingen in water oplossen, zijn het de intermoleculaire krachten tussen afzonderlijke moleculen die worden verbroken. Men zou zich kunnen voorstellen dat het verbreken van ionische interacties een zeer hoge energie-input zou vereisen (wij hebben reeds gezien dat diamanten niet in water oplossen omdat daarvoor covalente bindingen moeten worden verbroken). Dat zou waar zijn als we alleen zouden kijken naar de energie die nodig is om de ionische interacties te verbreken, zoals blijkt uit het feit dat NaCl smelt bij 801 oC en kookt bij 1413 oC. Maar we weten dat stoffen als NaCl gemakkelijk oplossen in water, dus er is duidelijk iets anders aan de hand. De truc is om het hele systeem te beschouwen wanneer NaCl oplost, net zoals we deden voor moleculaire soorten. We moeten kijken naar de interacties die verbroken worden en die welke gevormd worden. Deze veranderingen in interacties komen tot uiting in de ΔH-term (uit ΔG = ΔH – TΔS).

Wanneer een NaCl-kristal in contact komt met water, hebben de watermoleculen een wisselwerking met de Na+- en Cl-ionen op het kristaloppervlak, zoals in de figuur is weergegeven. De positieve uiteinden van de watermoleculen (de hydrogenen) hebben een wisselwerking met de chloride-ionen, terwijl de negatieve uiteinden van de watermoleculen (de zuurstof) een wisselwerking hebben met de natrium-ionen. Het ion aan het oppervlak van de vaste stof interageert dus met watermoleculen uit de oplossing; deze watermoleculen VisChem animatie van vormen een dynamische cluster rond het ion. Thermische beweging die de hydratatie van een Na (die de kinetische energie van de moleculen weergeeft, dat is het + ion op een NaCl oppervlak.
motie gedreven door botsingen met andere moleculen in het systeem) dan beweegt het ion en zijn waterschil in oplossing.116 De waterschil is zeer dynamisch-moleculen zijn het invoeren en het verlaten van het. De ion-dipoolinteractie tussen ionen en watermoleculen kan zeer sterk stabiliserend zijn (- ΔH). Het proces waarbij oplosmiddelmoleculen interageren met oplosmiddelmoleculen in oplossing en deze stabiliseren, wordt solvatatie genoemd. Wanneer water het oplosmiddel is, staat dit proces bekend als hydratatie.

Vragen om te beantwoorden

  • Teken een tekening op moleculair niveau van een oplossing van NaCl. Laat alle soorten deeltjes en interacties zien die in de oplossing aanwezig zijn.

  • Wanneer we thermodynamische grootheden (zoals ΔH, ΔS en ΔG) berekenen en meten, waarom is het dan belangrijk om het systeem en de omgeving te specificeren?

  • Wanneer een stof oplost in water, wat is dan het systeem en wat is de omgeving? Waarom? Welke criteria zou je gebruiken om het systeem en de omgeving te specificeren?

  • Voor een oplossing van NaCl en water: welke interacties moeten worden overwonnen wanneer NaCl in oplossing gaat? Welke nieuwe interacties worden in de oplossing gevormd?

  • Als de temperatuur stijgt wanneer de oplossing wordt gevormd, wat kunnen we dan concluderen over de relatieve sterkte van de interacties die worden verbroken en de interacties die worden gevormd? Wat kunnen we concluderen als de temperatuur daalt?

  • Wanneer u de temperatuur van een oplossing meet, meet u dan het systeem of de omgeving?

Vragen om over na te denken

  • Waarom is de watermantel rond een ion niet stabiel?

  • Wat zijn de grenzen van een biologisch systeem?

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.