Posted on

Liukenemisprosessi

, Author

9.3 Liukenemisprosessi

Oppimistavoite

  1. Kuvaa liukenemisprosessi molekyylitasolla.

Mitä molekyylitasolla tapahtuu, jotta liuennut aine liukenee liuottimeen? Vastaus riippuu osittain liuottimesta, mutta kaikille liuottimille on yhteisiä yhtäläisyyksiä.

Palauta mieleen sääntö, jonka mukaan samanlainen liuottaa samanlaista. Kuten näimme kohdassa 9.1 ”Liuokset”, tämä tarkoittaa, että aineilla on oltava samanlaiset molekyylien väliset voimat, jotta ne voivat muodostaa liuoksia. Kun liukeneva liuennut aine tuodaan liuottimeen, liuenneen aineen hiukkaset voivat olla vuorovaikutuksessa liuottimen hiukkasten kanssa. Kiinteän tai nestemäisen liuenneen aineen tapauksessa liuenneen aineen hiukkasten ja liuottimen hiukkasten väliset vuorovaikutukset ovat niin voimakkaita, että yksittäiset liuenneen aineen hiukkaset irtoavat toisistaan ja tulevat liuokseen liuotinmolekyylien ympäröiminä. (Kaasumaiset liuokset ovat jo erottuneet toisistaan, mutta käsite liuotinhiukkasten ympäröimänä on edelleen voimassa). Tätä prosessia kutsutaan solvaatioksi Prosessi, jossa liuenneet hiukkaset ovat liuotinhiukkasten ympäröimiä. ja sitä havainnollistetaan kuvassa 9.4 ”Solvaatio”. Kun liuottimena on vesi, käytetään sanaa hydrataatioVesimolekyylien aikaansaama liukeneminen. eikä sanaa solvaatio.

Glukoosin kaltaisten molekyyliliukoisien liuottimien tapauksessa liuotinhiukkaset ovat yksittäisiä molekyylejä. Jos liuennut aine on kuitenkin ioninen, yksittäiset ionit irtoavat toisistaan ja tulevat liuotinhiukkasten ympäröimiksi. Toisin sanoen ionisen liuenneen aineen kationit ja anionit eroavat toisistaan, kun liuos liukenee. Tätä prosessia kutsutaan dissosiaatioksiProsessi, jossa ionisen liuenneen aineen kationit ja anionit eroavat toisistaan, kun liuennut aine liukenee … Vertaa kuvassa 9.5 ”Ioninen dissosiaatio” esitettyä yksinkertaisen ionisen liuenneen aineen dissosioitumista kuvassa 9.4 ”Solvaatio” esitettyyn prosessiin.

Liukoisten ionisten yhdisteiden dissosioituminen antaa näiden yhdisteiden liuoksille mielenkiintoisen ominaisuuden: ne johtavat sähköä. Tämän ominaisuuden vuoksi liukoisia ionisia yhdisteitä kutsutaan elektrolyyteiksiIoninen yhdiste, joka liukenee veteen… Monet ioniyhdisteet dissosioituvat täydellisesti, ja siksi niitä kutsutaan vahvoiksi elektrolyyteiksiIoniyhdiste, joka ionisoituu täydellisesti liuetessaan … Natriumkloridi on esimerkki vahvasta elektrolyytistä. Jotkut yhdisteet liukenevat mutta dissosioituvat vain osittain, ja tällaisten liuosten liuokset voivat johtaa sähköä vain heikosti. Näitä liuottimia kutsutaan heikoiksi elektrolyyteiksiIoninen yhdiste, joka ei liuetessaan ionisoidu kokonaan… Etikkahappo (CH3COOH), etikan yhdiste, on heikko elektrolyytti. Liuokset, jotka liukenevat yksittäisiksi neutraaleiksi molekyyleiksi dissosioitumatta, eivät anna liuoksilleen lisää sähkönjohtavuutta, ja niitä kutsutaan ei-sähkölyytteiksiYhdiste, joka ei ionisoidu lainkaan liuetessaan…. Pöytäsokeri (C12H22O11) on esimerkki ei-elektrolyytistä.

Huomautus

Lääketieteessä käytetään termiä elektrolyytti tarkoittamaan mitä tahansa tärkeistä ioneista, jotka liukenevat elimistön vesiliuokseen. Tärkeitä fysiologisia elektrolyyttejä ovat Na+, K+, Ca2+, Mg2+ ja Cl-.

Esimerkki 10

Jokainen seuraavista aineista liukenee jossain määrin veteen. Luokittele kukin elektrolyytiksi tai ei-elektrolyytiksi.

  1. kaliumkloridi (KCl)
  2. fruktoosi (C6H12O6)
  3. isopropyylialkoholi
  4. magnesiumhydroksidi

Liuotus

Kaikki aineet ovat luokiteltavissa ioniliukoisiksi tai ei-ioniliukoisiksi. Ioniset liuokset ovat elektrolyyttejä ja ei-ioniset liuokset ovat ei-elektrolyyttejä.

  1. Kaliumkloridi on ioninen yhdiste, joten liuetessaan sen ionit erottuvat toisistaan, jolloin se on elektrolyytti.
  2. Fruktoosi on glukoosin kaltainen sokeri. (Itse asiassa sillä on sama molekyylikaava kuin glukoosilla.) Koska se on molekyyliyhdiste, odotamme sen olevan ei-elektrolyytti.
  3. Isopropyylialkoholi on orgaaninen molekyyli, joka sisältää alkoholin funktionaalisen ryhmän. Yhdisteen kaikki sidokset ovat kovalenttisia, joten kun isopropyylialkoholi liukenee, se jakautuu yksittäisiksi molekyyleiksi mutta ei ioneiksi. Näin ollen se on ei-elektrolyytti.
  4. Magnesiumhydroksidi on ioninen yhdiste, joten liuetessaan se dissosioituu. Siten magnesiumhydroksidi on elektrolyytti.

Huomautus

Joidenkin elektrolyyttien vahvuuden tai heikkouden määrittämiseksi tarvitaan enemmän tietoa kuin tässä luvussa annetaan. Tätä tarkastellaan luvussa 10 ”Hapot ja emäkset”.

Taidonrakentamisharjoitus

    Seuraavat aineet liukenevat kaikki jossain määrin veteen. Luokittele kukin elektrolyytiksi tai ei-elektrolyytiksi.

  1. asetoni (CH3COCH3)

  2. rauta(III)nitraatti

  3. alkuainen bromi (Br2)

  4. natrium. hydroksidi (NaOH)

Konseptin kertausharjoitus

  1. Erittele, miten solvaatioprosessi kuvaa liuenneen aineen liukenemista liuottimeen.

Vastaus

  1. Jokaista liuenneen aineen hiukkasta ympäröivät liuottimen hiukkaset, jotka kuljettavat liuosta alkuperäisestä faasistaan.

Key Takeaway

  • Kun liuennut aine liukenee, sen yksittäiset hiukkaset joutuvat liuottimen molekyylien ympäröimiksi ja erottuvat toisistaan.

Harjoitukset

  1. Kuvaa, mitä tapahtuu, kun ioninen liuotin, kuten Na2SO4, liukenee pooliseen liuottimeen.

  2. Kuvaa, mitä tapahtuu, kun molekyyliliukoinen aine, kuten sakkaroosi (C12H22O11), liukenee polaariseen liuottimeen.

  3. Luokittele kukin aine elektrolyytiksi tai epäelektrolyytiksi. Jokainen aine liukenee jossain määrin H2O:hon.

    1. NH4NO3
    2. CO2
    3. NH2CONH2
    4. HCl

  4. Luokittele jokainen aine elektrolyytiksi tai ei-elektrolyytiksi. Kukin aine liukenee H2O:hon jossain määrin.

    1. CH3CH2CH2OH
    2. Ca(CH3CO2)2
    3. I2
    4. KOH

  5. Johtevatko kunkin liuenneen aineen liuokset sähköä, kun ne ovat liuenneet?

    1. AgNO3
    2. CHCl3
    3. BaCl2
    4. Li2O

  6. Johtevatko kunkin liuenneen aineen liuokset johtavat sähköä liuetessaan?

    1. CH3COCH3
    2. N(CH3)3
    3. CH3CO2C2H5
    4. FeCl2

Vastaukset

  1. Ionisen liuenneen aineen jokaista ionia ympäröivät liuotinhiukkaset, jotka kuljettavat ionin siihen liittyvästä kiteestä.

    1. elektrolyytti
    2. onelektrolyytti
    3. onelektrolyytti
    4. elektrolyytti
    5. elektrolyytti
    1. ei
    2. ei
    3. ei
    4. ei
    5. ei

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.