Czym są rozwiązania wodne?

Roztwory wodne są to roztwory, które wykorzystują wodę do rozbijania substancji. Na przykład woda z błota lub cukru.

Gdy substancja chemiczna rozpuszcza się w wodzie, oznacza się to pisząc (aq) po nazwie chemicznej (Reid, SF).

Substancje hydrofilowe (które kochają wodę) i wiele związków jonowych rozpuszczają się lub dysocjują w wodzie.

Na przykład, gdy sól kuchenna lub chlorek sodu rozpuszczają się w wodzie, dysocjuje na swoje jony, tworząc Na + (aq) i Cl- (aq).

Substancje hydrofobowe (które boją się wody) na ogół nie rozpuszczają się w wodzie ani nie tworzą roztworów wodnych. Na przykład mieszanie oleju i wody nie powoduje rozpuszczania ani dysocjacji.

Wiele związków organicznych jest hydrofobowych. Nieelektrolity mogą rozpuszczać się w wodzie, ale nie dysocjują na jony i zachowują swoją integralność jako cząsteczki.

Przykłady nieelektrolitów obejmują cukier, glicerol, mocznik i metylosulfonylometan (MSM) (Anne Marie Helmenstine, 2017).

Właściwości roztworów wodnych

Roztwory wodne zwykle przewodzą prąd. Roztwory zawierające silne elektrolity wydają się być dobrymi przewodnikami elektrycznymi (np. Wodą morską), podczas gdy roztwory zawierające słabe elektrolity wydają się być słabymi przewodnikami (np. Wodą z kranu).

Powodem jest to, że silne elektrolity całkowicie dysocjują w jonach w wodzie, podczas gdy słabe elektrolity dysocjują niecałkowicie.

Gdy reakcje chemiczne zachodzą między gatunkami w roztworze wodnym, reakcje są zwykle reakcjami podwójnego przemieszczenia (zwanymi również metatezą lub podwójnym podstawieniem).

W tego typu reakcji kation jednego odczynnika zajmuje miejsce kationu w drugim odczynniku, zazwyczaj tworząc wiązanie jonowe. Innym sposobem myślenia jest to, że reaktywne jony „zmieniają partnerów”.

Reakcje w roztworze wodnym mogą prowadzić do produktów, które są rozpuszczalne w wodzie lub mogą wytwarzać osad.

Osad jest związkiem o niskiej rozpuszczalności, który często wypada poza roztwór jako ciało stałe (Afficient Solutions, SF).

Terminy kwas, zasada i pH dotyczą tylko roztworów wodnych. Na przykład można zmierzyć pH soku z cytryny lub octu (dwa roztwory wodne) i są one słabymi kwasami, ale nie można uzyskać żadnych istotnych informacji z testu oleju roślinnego z papierem pH (Anne Marie Helmenstine, Aviation Definition, 2017).

Dlaczego niektóre substancje stałe rozpuszczają się w wodzie?

Cukier, którego używamy do słodzenia kawy lub herbaty, jest cząsteczkowym ciałem stałym, w którym poszczególne cząsteczki są utrzymywane razem przez stosunkowo słabe siły międzycząsteczkowe.

Gdy cukier rozpuszcza się w wodzie, słabe wiązania między poszczególnymi cząsteczkami sacharozy rozpadają się, a te cząsteczki C12H22O11 są uwalniane do roztworu.

Energia jest potrzebna do zerwania wiązań między cząsteczkami C12H22O11 w sacharozie. Potrzeba także energii, aby rozerwać wiązania wodorowe w wodzie, które należy przerwać, aby wprowadzić jedną z tych cząsteczek sacharozy do roztworu.

Cukier rozpuszcza się w wodzie, ponieważ energia jest uwalniana, gdy lekko polarne cząsteczki sacharozy tworzą wiązania międzycząsteczkowe z polarnymi cząsteczkami wody.

Słabe wiązania, które tworzą się między substancją rozpuszczoną a rozpuszczalnikiem, kompensują energię niezbędną do zmiany struktury zarówno czystej substancji rozpuszczonej, jak i rozpuszczalnika.

W przypadku cukru i wody proces ten działa tak dobrze, że do 1 800 gramów sacharozy można rozpuścić w jednym litrze wody.

Jonowe ciała stałe (lub sole) zawierają jony dodatnie i ujemne, które są utrzymywane razem dzięki dużej sile przyciągania między cząstkami o przeciwnych ładunkach.

Gdy jedna z tych substancji stałych rozpuszcza się w wodzie, jony tworzące ciało stałe są uwalniane w roztworze, gdzie są związane z cząsteczkami rozpuszczalnika polarnego (Berkey, 2011).

NaCl (s) »Na + (aq) + Cl- (aq)

Zwykle możemy założyć, że sole dysocjują w swoich jonach, gdy rozpuszczają się w wodzie.

Związki jonowe rozpuszczają się w wodzie, jeśli energia uwalniana podczas oddziaływania jonów z cząsteczkami wody kompensuje energię potrzebną do rozbicia wiązań jonowych w ciele stałym i energię potrzebną do oddzielenia cząsteczek wody, tak aby jony mogły zostać wprowadzone do wody. roztwór (rozpuszczalność, SF).

Zasady rozpuszczalności

W zależności od rozpuszczalności substancji rozpuszczonej istnieją trzy możliwe wyniki:

1) jeśli roztwór ma mniejszą rozpuszczalność niż maksymalna ilość, która jest zdolna do rozpuszczenia (jego rozpuszczalność), jest to rozcieńczony roztwór;

2) jeśli ilość substancji rozpuszczonej jest dokładnie taka sama jak jej rozpuszczalność, jest nasycona;

3) jeśli jest więcej substancji rozpuszczonej niż jest zdolna do rozpuszczenia, nadmiar substancji rozpuszczonej jest oddzielany od roztworu.

Jeśli ten proces rozdzielania obejmuje krystalizację, tworzy osad. Wytrącanie zmniejsza stężenie substancji rozpuszczonej do nasycenia w celu zwiększenia stabilności roztworu.

Poniżej przedstawiono zasady rozpuszczalności dla wspólnych ciał stałych jonowych. Jeśli dwie reguły wydają się ze sobą sprzeczne, precedens ma pierwszeństwo (Antoinette Mursa, 2017).

1- Sole zawierające pierwiastki z grupy I (Li +, Na +, K +, Cs +, Rb +) są rozpuszczalne. Jest kilka wyjątków od tej reguły. Sole zawierające jon amonowy (NH4 +) są również rozpuszczalne.

2- Sole zawierające azotan (NO ₃ -) są na ogół rozpuszczalne.

3- Sole zawierające Cl -, Br - lub I - są na ogół rozpuszczalne. Ważnymi wyjątkami od tej reguły są sole halogenkowe Ag +, Pb2 + i (Hg2) 2+. Zatem AgCl, PbBr2 i Hg2Cl2 są nierozpuszczalne.

4- Większość soli srebra jest nierozpuszczalna. AgNO ₃ i Ag (C2H3O2) są powszechnymi solami rozpuszczalnymi srebra; Praktycznie wszystkie inne są nierozpuszczalne.

5- Większość soli siarczanowych jest rozpuszczalna. Ważne wyjątki od tej reguły obejmują CaSO ₄, BaSO ₄, PbSO ₄, Ag ₂ SO ₄ i SrSO ₄ .

6- Większość soli wodorotlenkowych jest słabo rozpuszczalna. Sole wodorotlenkowe pierwiastków grupy I są rozpuszczalne. Sole wodorotlenkowe pierwiastków grupy II (Ca, Sr i Ba) są słabo rozpuszczalne.

Sole wodorotlenku metalu przejściowego i Al3 + są nierozpuszczalne. Zatem Fe (OH) ₃, Al (OH) ₃, Co (OH) ₂ nie są rozpuszczalne.

7- Większość siarczków metali przejściowych jest wysoce nierozpuszczalna, w tym CdS, FeS, ZnS i Ag ₂ S. Siarczki arsenu, antymonu, bizmutu i ołowiu są również nierozpuszczalne.

8- Węglany są często nierozpuszczalne. Węglany grupy II (CaCO ₃, SrCO ₃ i BaCO ₃ ) są nierozpuszczalne, podobnie jak FeCO ₃ i PbCO ₃ .

9 - Chromiany są często nierozpuszczalne. Przykłady obejmują PbCrO ₄ i BaCrO ₄ .

10- Fosforany takie jak Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ i Ag ₃ PO ₄ są często nierozpuszczalne.

11 - Fluorki, takie jak BaF ₂, MgF ₂ i PbF ₂ są często nierozpuszczalne.

Przykłady rozpuszczalności w roztworach wodnych

Cola, słona woda, deszcz, kwaśne roztwory, roztwory zasad i roztwory soli to przykłady roztworów wodnych.

Gdy dostępny jest roztwór wodny, można wywołać osad przez reakcje strącania (reakcje w roztworze wodnym, SF).

Reakcje wytrącania są czasami określane jako reakcje „podwójnego przemieszczenia”. Aby określić, czy powstanie osad podczas mieszania wodnych roztworów dwóch związków:

Zapisz wszystkie jony w roztworze.
Połącz je (kation i anion), aby uzyskać wszystkie potencjalne osady.
Użyj reguł rozpuszczalności, aby określić, które (jeśli jakiekolwiek) kombinacje są nierozpuszczalne i wytrącą się.