8.3 Vesi liuottimena Flashcards
(10 cards)
Miksi vesi on hyvä liuottaja? Miten vesi toimii liuottimena solutasolla?
Vesi on hyvä liuottaja, sillä se on poolinen ja hyvin pienikokoinen molekyyli. Täten siihen liukenevat hyvin erilaiset ioniyhdisteet ja pooliset molekyyliyhdisteet.
Vesi on tärkeä liuotin solutasolla, sillä solujen kemialliset reaktiot tapahtuvat vesiliuoksessa. Lisäksi ravinnon mukana tulevat suolat, sekä pienet pooliset molekyyliyhdisteet pystyvät liukenemaan veteen. Lisäksi elimistöstä poistuu aineenvaihdunnan lopputuotteita hien ja virtsan mukana, kun ne ovat veteen liuenneita.
Mitä vaaditaan, jotta aine pystyy liukenemaan?
Jotta aine pystyy liukenemaan, liuoksen liuottimen molekyylien välisiä kemiallisia sidoksia täytyy katketa. Samoin myös liuotettavan aineen rakenneosien välisiä sidoksia tulee katketa. Liuoksen ja liuotettavan aineen tulee kyetä muodostamaan keskenään kemiallisia sidoksia.
Miten natriumkloridin liukeneminen veteen tapahtuu?
Kun natriumkloridi liukenee veteen, pienet pooliset vesimolekyylit tarttuvat suolan ioneihin, ja irrottavat ne kiderakenteesta. Täten siis vesimolekyylin negatiivisen osittaisvarauksen omaava happi O, vetää puoleensa natriumkloridikiteen positiivisia natriumioneja. Vesimolekyylin positiivisen osittaisvarauksen omaavat vetyatomit puolestaan tarttuvat natriumkloridikiteen negatiivisiin kloridiatomeihin.
Tällöin suolan kiderakenne hajoaa, ja ionit siirtyvät vesiliuokseen. Ionien ja vesimolekyylien välille muodostuvat sähköiset vetovoimat ovat heikkoja kemiallisia sidoksia; ionidipolisidoksia.
Vesimolekyylit ympäröivät liuenneen suolan ioneja liuoksessa, jolloin niitä kutsutaan akvaioneiksi.
Hydratoitumiseksi kutsutaan aineen liukenemista veteen ja rakenneosien sitoutumista.
Miksi osa suolista ei liukene veteen?
Osa suolista ei liukene veteen, joka on seurausta suolan sisäisten ionisidosten vahvuudesta verrattuna vesimolekyylien dipoleista aiheutuviin vesimolekyylien ja ionien välisiin sidoksiin.
Jos ionilla on suuri sähkövaraus (2-3), ioniyhdisteen sisäiset ionien väliset ionisidokset ovat niin vahvoja, ettei vesimolekyylien dipolit riitä katkaisemaan niitä. Tällaista ainetta kutsutaan niukkaliukoiseksi.
Mitä vesiliuoksen lämpötilalle tapahtuu kun suola lämpenee siihen?
Kun suola liukenee veteen, liuoksen lämpötila muuttuu aina joko lämpimämmäksi tai kylmemmäksi. Jos liuos muuttuu lämpöimämmäksi, liukenemistapahtuma on ollut lämpöä vapauttava eli eksoterminen. Mikäli liukenemistapahtuma on ollut puolestaan lämpöä sitova eli endoterminen, liuoksen lämpötila laskee. Tällöin liuokseen on sitoutunut lämpöenergiaa ympäristöstä ja liuoksesta sidosten katkaisemiseen.
Hyödynnetään esimerkiksi lämpö- (magnesiumsulfaatti) ja kylmäpakkauksissa (ammoniumnitraatti).
Mikä on kylläinen aine?
Kylläisellä aineella tarkoitetaan sellaista liuosta, jossa liuotettavaa ainetta ei enää liukene liuottimeen, sillä liuennutta ainetta on suurin mahdolline määrä tietyssä tilavuudessa liuotinta ja tietyssä lämpötilassa.
Miksi pooliset pienet molekyylit liukenevat hyvin veteen?
Pienet pooliset molekyylit liukenevat veteen hyvin, sillä myös vesi on poolinen yhdiste. Täten vesimolekyylit kykenevät tarttumaan niihin joko dipoli-dipoli- tai vetysidoksilla. Mikäli nämä vetovoimat ovat suurempia, kuin poolisten molekyylien välille muodostuneet sidokset, liukenevan aineen rakenne hajoaa ja yksittäiset molekyylit sekoittuvat veteen.
Liukeneeko alkoholit tai karboksyylihapot veteen? Miksi, miksi ei?
Pienikokoiset alkoholit (metanoli ja etanoli), sekä pienimolekyyliset karboksyylihapot (muurahaishappo ja etikkahappo) liukenevat veteen. Vaikka kyseisissä molekyyleissä on pooliton osa, niissä on myös poolinen funktionaalinen ryhmä -OH tai -COOH, jotka voivat muodostaa sidoksia vesimolekyylien kanssa. Kun molekyylin koko kasvaa (poolitoman hiilivetyketjun suuruus kasvaa), poolittoman osan vaikutus lisääntyy, eikä vesimolekyylien ja funktionaalisen ryhmän muodostavat sidokset riitä irrottamaan liukenevan aineen molekyylejä toisistaan.
Miksi poolittomat molekyyliyhdisteet liukenevat veteen vain heikosti tai ei ollenkaan?
Poolittomat molekyyliyhdisteet liukenevat veteen vain hyvin niukasti tai eivät ollenkaan. Jos pooliton aine koostuu vain pienikokoisista poolittomista molekyyleistä, liukevan aineen rakenneosien väliset dispersiovoimat ovat niin heikkoja, että vesimolekyylit onnistuvat irrottamaan niitä -> aine liukenee hiukan.
Suurista poolitomista molekyyleistä rakentuvissa aineissa molekyylien välille muodostuu niin paljon dispersiovoimia, ettei vesimolekyylit kykene irrottamaan aineen rakenneosia toisistaan tai muodostamaan niihin vety- tai dipoli-dipolisidoksia.
Miten lämpötila vaikuttaa aineiden vesiliukoisuuteen (käsittele kaasujen ja kiinteiden aineiden näkökulmasta)?
Kiinteiden aineiden liukoisuus veteen kasvaa yleensä lämpötilan nousta. Kiinteän aineen liukoisuus ilmoitetaan aina siten, että montako grammaa liuennutta aineitta liukenee 100g vettä tietyssä lämpötilassa.
Kaasujen kohdalla liukoisuus puolestaan heikkenee, kun lämpötila laskee. Kaasujen liukoisuus kuitenkin kasvaa paineen kasvaessa, jota hyödynnetään virvoitusjuomateollisuudessa. Kaasujen liukoisuus ilmoitetaan yleensä yksikössä mg/l.
