- Lastnosti vodnih raztopin
- Zakaj se nekatere trdne snovi raztopijo v vodi?
- Pravila topnosti
- Primeri topnosti v vodnih raztopinah
- Primer 1: Kaj se zgodi, ko Ba (NE)
- Primer 2: Kaj se zgodi, ko Pb (NE)
- Reference
Za vodne raztopine so raztopine, ki uporabljajo vodo razpadati snov. Na primer, blato ali sladkorna voda. Ko se je kemična vrsta raztopila v vodi, je to označeno s črko (aq) za kemijskim imenom.
Hidrofilne (vodo ljubeče) snovi in številne ionske spojine se v vodi raztopijo ali disociirajo. Na primer, ko se namizna sol ali natrijev klorid raztopi v vodi, se disociira na svoje ione in tvori Na + (aq) in Cl- (aq).
Slika 1: vodna raztopina kalijevega dikromata.
Hidrofobne (vode se ne bojijo) snovi se na splošno ne raztopijo v vodi ali ne tvorijo vodnih raztopin. Na primer, mešanje olja in vode ne vodi do raztapljanja ali disociacije.
Mnoge organske spojine so hidrofobne. Neelektroliti se lahko raztopijo v vodi, vendar se ne disociirajo na ione in ohranjajo svojo celovitost kot molekule. Primeri neelektrolitov vključujejo sladkor, glicerol, sečnino in metilsulfonilmetan (MSM).
Lastnosti vodnih raztopin
Vodne raztopine pogosto vodijo električno energijo. Raztopine, ki vsebujejo močne elektrolite, so ponavadi dobri električni vodniki (npr. Morska voda), medtem ko imajo raztopine, ki vsebujejo šibke elektrolite, slabe vodnike (npr. Voda iz pipe).
Razlog je v tem, da močni elektroliti v vodi disociirajo popolnoma na ione, medtem ko šibki elektroliti disociirajo nepopolno.
Kadar se kemične reakcije med vrstami zgodijo v vodni raztopini, so ponavadi reakcije z dvojnim premikom (imenovane tudi metateza ali dvojna substitucija).
Pri tej vrsti reakcije kation v enem reagentu prevzame mesto kationov v drugem reagentu, običajno tvori ionsko vez. Drugi način razmišljanja je, da reaktivni ioni "zamenjajo partnerje".
Reakcije v vodni raztopini lahko povzročijo produkte, topne v vodi, ali pa lahko nastane oborina.
Oborina je spojina z nizko topnostjo, ki pogosto izpade iz raztopine kot trdna snov.
Izrazi kislina, baza in pH veljajo samo za vodne raztopine. Na primer, lahko izmerite pH limoninega soka ali kisa (dve vodni raztopini) in sta šibki kislini, vendar iz testa rastlinskega olja s papirjem s pH ne morete dobiti nobenih pomembnih informacij.
Zakaj se nekatere trdne snovi raztopijo v vodi?
Sladkor, ki ga uporabljamo za sladkanje kave ali čaja, je molekulska trdna snov, v kateri posamezne molekule združijo razmeroma šibke medmolekulske sile.
Ko se sladkor raztopi v vodi, se širijo šibke vezi med posameznimi molekulami saharoze in te molekule C12H22O11 se sprostijo v raztopino.
Slika 1: raztapljanje sladkorja v vodi.
Potrebna je energija za pretrganje vezi med molekulami C12H22O11 v saharozi. Potrebna je tudi energija za pretrganje vodikovih vezi v vodi, ki jih je treba razbiti, da vstavimo eno od teh molekul saharoze v raztopino.
Sladkor se raztopi v vodi, ker se energija sprosti, ko rahlo polarne molekule saharoze tvorijo medmolekulske vezi z molekulami polarne vode.
Šibke vezi, ki nastanejo med topili in topilom, kompenzirajo energijo, potrebno za spremembo strukture čistega topila in topila.
V primeru sladkorja in vode ta postopek deluje tako dobro, da se lahko v enem litru vode raztopi do 1800 gramov saharoze.
Ionske trdne snovi (ali soli) vsebujejo pozitivne in negativne ione, ki jih držimo skupaj zahvaljujoč veliki sili privlačnosti med delci z nasprotnimi naboji.
Ko se ena od teh trdnih snovi raztopi v vodi, se ioni, ki sestavljajo trdno snov, sprostijo v raztopino, kjer se povežejo z molekulami polarnega topila.
Slika 2: Raztapljanje natrijevega klorida v vodi.
NaCl (i) »Na + (aq) + Cl- (aq)
Na splošno lahko domnevamo, da se soli raztapljajo v njihove ione, ko se raztopijo v vodi.
Ionske spojine se raztopijo v vodi, če energija, ki se sprosti pri interakciji molekul z vodo, odtehta energijo, potrebno za pretrganje ionskih vezi v trdnem okolju, in energijo, potrebno za ločevanje molekul vode, tako da se ioni lahko vstavijo v rešitev.
Pravila topnosti
Glede na topnost topljene snovi so možni trije rezultati:
1) če ima raztopina manj topne od največje količine, ki jo je sposobna raztopiti (njena topnost), je razredčena raztopina;
2) Če je količina topljene snovi popolnoma enaka njegovi topnosti, je nasičena;
3) Če je več topljene snovi, kot je sposobna raztopiti, se presežek topljene loči od raztopine.
Če ta postopek ločevanja vključuje kristalizacijo, tvori oborino. Padavine zmanjšajo koncentracijo topljenca do nasičenosti, da se poveča stabilnost raztopine.
Sledijo pravila topnosti za običajne ionske trdne snovi. Če se zdi, da si dva pravila nasprotujeta, ima prednost predhodno.
1- Soli, ki vsebujejo elemente skupine I (Li + , Na + , K + , Cs + , Rb + ), so topne. Od tega pravila je nekaj izjem. Soli, ki vsebujejo amonijev ion (NH 4 + ) tudi topen.
2 - Sol, ki vsebujejo nitrate (NO 3 - ), so na splošno topne.
3- Soli, ki vsebujejo Cl -, Br - ali I - so na splošno topne. Pomembne izjeme od tega pravila so halogenidne soli Ag + , Pb2 + in (Hg2) 2+ . Tako AgCl PbBr 2 in Hg 2 Cl 2 sta netopni.
4- Večina srebrovih soli je netopnih. Agno 3 in Ag (Ci 2 H 3 O 2 ) so skupne topne soli srebra; Skoraj vsi ostali so nerešljivi.
5- Večina sulfatnih soli je topnih. Glavne izjeme od tega pravila vključujejo CaSO 4 , BaSO 4 , PbSO 4 , Ag 2 SO 4 in SrSO 4 .
6- Večina hidroksidnih soli je le malo topnih. Hidroksidne soli elementov skupine I so topne. Hidroksidne soli elementov skupine II (Ca, Sr in Ba) so rahlo topne.
Hidroksidne soli prehodnih kovin in Al 3 + so netopne. Tako Fe (OH) 3 , Al (OH) 3 , Co (OH) 2 niso topne.
7- Večina sulfidov prehodne kovine je zelo netopnih, vključno s CdS, FeS, ZnS in Ag 2 S. Tudi sulfidi arzena, antimona, bizmuta in svinca so netopni.
8- Karbonati so pogosto netopni. Karbonati skupine II (CaCO 3 , SrCO 3 in BaCO 3 ) so netopni, prav tako FeCO 3 in PbCO 3 .
9- Kromati so pogosto netopni. Primeri vključujejo PbCrO 4 in BaCrO 4 .
10 - Fosfati, kot sta Ca 3 (PO 4 ) 2 in Ag 3 PO 4, so pogosto netopni.
11- Fluoridi, kot so BaF 2 , MgF 2 in PbF 2, so pogosto netopni.
Primeri topnosti v vodnih raztopinah
Kola, slana voda, dež, kisle raztopine, bazne raztopine in solne raztopine so primeri vodnih raztopin. Ko imate vodno raztopino, lahko oborino sprožite oborinsko reakcijo.
Reakcije padavin se včasih imenujejo reakcije z dvojnim premikom. Če želite ugotoviti, ali se bo ob mešanju vodnih raztopin dveh spojin nastala oborina:
- Zapišite vse ione v raztopini.
- Združite jih (kation in anion), da dobite vse možne oborine.
- S pravili topnosti določite, katera (če sploh) kombinacija je netopna in se bo obarjala.
Primer 1: Kaj se zgodi, ko Ba (NE)
Ioni v raztopini: Ba 2+ , NO 3 - , Na + , CO 3 2-
Potencialne oborine: BaCO 3 , NaNO3
Pravila topnosti: BaCO 3 je netopno (pravilo 5), NaNO 3 je topen (pravilo 1).
Popolna kemijska enačba:
Ba (NO 3 ) 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) »BaCO 3 (s) + 2NaNO 3 (aq)
Neto ionska enačba:
Ba 2+ (aq) + CO 3 2- (aq) »BaCO 3
Primer 2: Kaj se zgodi, ko Pb (NE)
Ioni v raztopini: Pb 2+ , NO 3 - , NH 4 + , I -
Potencialne oborine: PbI 2 , NH 4 NO 3
Pravila Topnost: PBI 2 netopna (pravilo 3), NH 4 NO 3 je topen (pravilo 1).
Popolna kemijska enačba: Pb (NO 3 ) 2 (aq) + 2NH 4 I (aq) »PbI 2 (s) + 2NH 4 NO 3 (aq)
Neto ionska enačba: Pb 2+ (aq) + 2I - (aq) »PbI 2 (s).
Reference
- Anne Marie Helmenstine. (2017, 10. maja). Vodna definicija (vodna raztopina). Pridobljeno iz misli.com.
- Anne Marie Helmenstine. (2017, 14. maja). Opredelitev vodne raztopine v kemiji. Pridobljeno iz misli.com.
- Antoinette Mursa, KW (2017, 14. maja). Pravila topnosti. Pridobljeno s strani chem.libretexts.org.
- Vodne raztopine. (SF). Pridobljeno iz saylordotorg.github.io.
- Berkey, M. (2011, 11. november). Vodne rešitve: definicija in primeri. Pridobljeno s spletnega mesta youtube.com.
- Reakcije v vodni raztopini. (SF). Pridobljeno iz kemije.bd.psu.edu.
- Reid, D. (SF). Vodna raztopina: definicija, reakcija in primer. Pridobljeno iz spletnega mesta study.com.
- Topnost (SF). Pridobljeno iz chemed.chem.purdue.edu.