สารละลายน้ำคืออะไร

สารละลายน้ำ คือโซลูชั่นที่ใช้น้ำในการย่อยสลายสาร ตัวอย่างเช่นโคลนหรือน้ำน้ำตาล.

เมื่อสารเคมีชนิดหนึ่งละลายในน้ำสิ่งนี้จะแสดงด้วยการเขียน (aq) หลังจากชื่อทางเคมี (Reid, S.F. ).

สารที่ชอบน้ำ (ซึ่งชอบน้ำ) และสารประกอบไอออนิกจำนวนมากละลายหรือแตกตัวในน้ำ.

ตัวอย่างเช่นเมื่อเกลือแกงหรือโซเดียมคลอไรด์ละลายในน้ำมันจะแยกตัวออกเป็นไอออนเพื่อสร้าง Na + (aq) และ Cl- (aq).

สารที่ชอบน้ำ (ซึ่งกลัวน้ำ) โดยทั่วไปจะไม่ละลายในน้ำหรือทำให้เกิดสารละลาย ตัวอย่างเช่นการผสมน้ำมันและน้ำไม่ได้ทำให้เกิดการละลายหรือการแยกตัว.

สารประกอบอินทรีย์หลายชนิดไม่ชอบน้ำ อิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ละลายสามารถละลายในน้ำ แต่ไม่แยกตัวออกเป็นไอออนและรักษาความสมบูรณ์ของพวกเขาในฐานะโมเลกุล.

ตัวอย่างของอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ใช่ ได้แก่ น้ำตาล, กลีเซอรอล, ยูเรียและเมธิลซัลโฟนิลเมทมีน (MSM) (Anne Marie Helmenstine, 2017).

คุณสมบัติของสารละลายน้ำ

สารละลายน้ำมักนำไฟฟ้า คำตอบที่มีอิเล็กโทรไลต์ที่แรงมักจะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี (เช่นน้ำทะเล) ในขณะที่สารละลายที่มีอิเล็กโทรไลต์อ่อนมักจะเป็นตัวนำที่ไม่ดี (เช่นน้ำประปา).

เหตุผลก็คืออิเล็กโทรไลต์ที่แข็งแกร่งจะแยกตัวออกจากกันอย่างสมบูรณ์ในไอออนในน้ำในขณะที่อิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอจะแยกตัวออกจากกันอย่างไม่สมบูรณ์.

เมื่อปฏิกิริยาทางเคมีเกิดขึ้นระหว่างสปีชีส์ในสารละลายน้ำมักจะเกิดปฏิกิริยาแบบแทนที่สองครั้ง (เรียกอีกอย่างว่า metathesis หรือการแทนที่สองครั้ง).

ในปฏิกิริยาประเภทนี้ประจุบวกของรีเอเจนต์หนึ่งเกิดขึ้นสำหรับไอออนบวกในรีเอเจนต์อื่นโดยปกติจะสร้างพันธะไอออนิก อีกวิธีในการคิดก็คือไอออนที่มีปฏิกิริยา "เปลี่ยนพันธมิตร".

ปฏิกิริยาในสารละลายน้ำสามารถก่อให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่ละลายในน้ำหรือสามารถทำให้เกิดการตกตะกอน.

การตกตะกอนเป็นสารประกอบที่มีความสามารถในการละลายต่ำซึ่งมักตกด้านนอกของสารละลายในรูปของแข็ง (Aqueous Solutions, S.F. ).

คำว่ากรดฐานและค่าความเป็นกรดเป็นด่างนั้นใช้กับสารละลายที่เป็นน้ำเท่านั้น ตัวอย่างเช่นคุณสามารถวัดค่า pH ของน้ำมะนาวหรือน้ำส้มสายชู (สารละลายสองตัว) และเป็นกรดอ่อน แต่คุณไม่สามารถรับข้อมูลที่สำคัญจากการทดสอบน้ำมันพืชด้วยกระดาษ pH (Anne Marie Helmenstine, Aqueous Definition, 2017).

ทำไมของแข็งบางตัวละลายในน้ำ?

น้ำตาลที่เราใช้ในการทำให้หวานกาแฟหรือชาเป็นโมเลกุลที่แข็งซึ่งโมเลกุลแต่ละโมเลกุลจะถูกจัดรวมเข้าด้วยกันโดยแรงระหว่างโมเลกุลที่ค่อนข้างอ่อนแอ.

เมื่อน้ำตาลละลายในน้ำพันธะที่อ่อนแอระหว่างโมเลกุลซูโครสแต่ละก้อนจะสลายตัวและโมเลกุล C12H22O11 เหล่านี้จะถูกปล่อยออกมาในสารละลาย.

พลังงานจำเป็นต่อการทำลายพันธะระหว่างโมเลกุล C12H22O11 ในซูโครส นอกจากนี้ยังใช้พลังงานในการแยกพันธะไฮโดรเจนในน้ำที่จะต้องถูกแทรกเพื่อแทรกหนึ่งในซูโครสโมเลกุลในสารละลาย.

น้ำตาลละลายในน้ำเพราะพลังงานจะถูกปล่อยออกมาเมื่อโมเลกุลของซูโครสเล็กน้อยสร้างพันธะระหว่างโมเลกุลกับโมเลกุลของน้ำที่เป็นขั้ว.

พันธะอ่อนตัวที่อยู่ระหว่างตัวถูกละลายและตัวทำละลายจะชดเชยพลังงานที่จำเป็นในการปรับเปลี่ยนโครงสร้างของตัวทำละลายบริสุทธิ์และตัวทำละลาย.

ในกรณีของน้ำตาลและน้ำกระบวนการนี้ทำงานได้ดีมากจนน้ำตาลซูโครสมากถึง 1,800 กรัมสามารถละลายในน้ำหนึ่งลิตร.

ของแข็งไอออนิก (หรือเกลือ) ประกอบด้วยไอออนบวกและลบซึ่งจัดขึ้นพร้อมกันด้วยแรงดึงดูดอันยิ่งใหญ่ระหว่างอนุภาคที่มีประจุตรงข้าม.

เมื่อหนึ่งในของแข็งเหล่านี้ละลายในน้ำไอออนที่เป็นของแข็งจะถูกปล่อยออกมาในสารละลายซึ่งเกี่ยวข้องกับโมเลกุลของตัวทำละลายขั้วโลก (Berkey, 2011).

NaCl "Na + (aq) + Cl- (aq)

โดยทั่วไปเราสามารถสันนิษฐานได้ว่าเกลือแยกตัวออกจากไอออนเมื่อละลายในน้ำ.

สารประกอบไอออนิกละลายในน้ำหากพลังงานที่ปล่อยออกมาเมื่อไอออนมีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุลของน้ำชดเชยพลังงานที่จำเป็นในการทำลายพันธะไอออนในของแข็งและพลังงานที่จำเป็นในการแยกโมเลกุลของน้ำเพื่อให้ไอออนสามารถแทรกลงในน้ำ การแก้ปัญหา (ละลาย, SF).

กฎการละลาย

ขึ้นอยู่กับความสามารถในการละลายของตัวถูกละลายมีสามผลลัพธ์ที่เป็นไปได้:

1) หากวิธีการแก้ปัญหามีตัวถูกละลายน้อยกว่าจำนวนสูงสุดที่สามารถละลาย

2) ถ้าปริมาณของตัวถูกละลายเท่ากับปริมาณที่ละลายได้แน่นอนมันจะอิ่มตัว

3) หากมีตัวละลายมากกว่าที่สามารถละลายได้ตัวละลายส่วนเกินจะถูกแยกออกจากสารละลาย.

หากกระบวนการแยกนี้รวมถึงการตกผลึกก็จะเกิดการตกตะกอน การตกตะกอนช่วยลดความเข้มข้นของตัวถูกละลายที่จะอิ่มตัวเพื่อเพิ่มความเสถียรของการแก้ปัญหา.

ต่อไปนี้เป็นกฎการละลายสำหรับไอออนิกทั่วไป หากกฎสองข้อนั้นขัดแย้งกันกฎก่อนหน้านี้มีลำดับความสำคัญ (Antoinette Mursa, 2017).

1- เกลือที่มีองค์ประกอบของกลุ่ม I (Li⁺, นา⁺, K⁺, Cs⁺, Rb⁺) ละลายได้ กฎนี้มีข้อยกเว้นเล็กน้อย เกลือที่มีแอมโมเนียมอิออน (NH)₄⁺) ยังละลายได้.

2- เกลือที่มีไนเตรต (NO₃^-) โดยทั่วไปละลายได้.

3- เกลือที่มี Cl -, Br - or I - โดยทั่วไปจะละลายได้ ข้อยกเว้นที่สำคัญสำหรับกฎนี้คือ Ag halide salts⁺, PB2⁺ และ (Hg2)²⁺. ดังนั้น AgCl, PbBr₂ และปรอท₂Cl₂ พวกมันไม่ละลายน้ำ.

4- เกลือเงินส่วนใหญ่ไม่ละลายน้ำ Agno₃ และ Ag (C₂H₃O₂) เป็นเกลือเงินที่ละลายได้ทั่วไป แทบทั้งหมดไม่สามารถละลายได้.

5- เกลือซัลเฟตส่วนใหญ่ละลายได้ ข้อยกเว้นที่สำคัญของกฎนี้ ได้แก่ CaSO₄, Baso₄, PbSO₄, Ag₂SO4 และ SrSO₄.

6- เกลือไฮดรอกไซด์ส่วนใหญ่ละลายได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น เกลือไฮดรอกไซด์ขององค์ประกอบกลุ่มที่ 1 ละลายได้ เกลือไฮดรอกไซด์ขององค์ประกอบ Group II (Ca, Sr และ Ba) ละลายได้เล็กน้อย.

เกลือของทรานซิชันโลหะไฮดรอกไซด์และอัล₃⁺ พวกมันไม่ละลายน้ำ ดังนั้นเฟ (OH)₃, อัล (OH)₃, โค (OH)₂ พวกมันไม่ละลาย.

7- ซัลไฟด์โลหะทรานซิชันส่วนใหญ่ไม่สามารถละลายได้สูงรวมถึง CdS, FeS, ZnS และ Ag₂S. Arsenic, พลวง, บิสมัทและซัลไฟด์ตะกั่วยังไม่ละลายน้ำ.

8- คาร์บอเนตไม่ละลายบ่อย คาร์บอเนตของกลุ่มที่สอง (CaCO₃, SrCO₃ และ BaCO₃) ไม่ละลายเช่นเดียวกับ FeCO₃ และ PbCO₃.

9- โครเมตมักไม่ละลายน้ำ ตัวอย่างรวมถึง PbCrO₄ และ BaCrO₄.

10 ฟอสเฟตเช่น Ca₃(PO₄)₂ และ Ag₃PO₄ พวกมันไม่ละลายน้ำบ่อยครั้ง.

11- ฟลูออไรด์เช่น BaF₂, MgF₂ และ PbF₂ พวกมันไม่ละลายน้ำบ่อยครั้ง.

ตัวอย่างการละลายในสารละลายที่เป็นน้ำ

โคล่า, น้ำเค็ม, ฝน, สารละลายกรด, สารละลายพื้นฐานและสารละลายเกลือเป็นตัวอย่างของสารละลายน้ำ.

เมื่อคุณมีสารละลายที่เป็นน้ำการตกตะกอนสามารถเกิดขึ้นได้จากปฏิกิริยาการตกตะกอน (ปฏิกิริยาในสารละลายที่เป็นน้ำ, S.F. ).

ปฏิกิริยาการตกตะกอนบางครั้งเรียกว่าปฏิกิริยา "การกระจัดสองครั้ง" เพื่อตรวจสอบว่าเกิดการตกตะกอนหรือไม่เมื่อผสมสารละลายน้ำของสารประกอบสองชนิด:

1. บันทึกไอออนทั้งหมดในสารละลาย.
2. รวมพวกมัน (ไอออนบวกและประจุลบ) เข้าด้วยกันเพื่อให้ได้ตะกอนที่มีศักยภาพทั้งหมด.
3. ใช้กฎการละลายเพื่อพิจารณาว่าชุดใด (ถ้ามี) ที่ไม่ละลายน้ำและจะตกตะกอน.

ตัวอย่างที่ 1: จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อคุณผสม Ba (NO)₃)_2(Aq) และนา₂CO_{3 (aq)}?

ไอออนมีอยู่ในสารละลาย: Ba²⁺, NO₃^-, นา⁺, CO₃^2-

โอกาสที่อาจเกิดขึ้น: BaCO₃, NaNO3

กฎการละลาย: BaCO₃ ไม่ละลายน้ำ (กฎ 5), NaNO₃ มันละลายได้ (กฎ 1).

สมการทางเคมีที่สมบูรณ์:

บา (ไม่₃)₂(aq) + Na₂CO₃(aq) "BaCO₃(s) + 2NaNO₃ (Aq)

สมการไอออนิกสุทธิ:

บริติชแอร์เวย์²⁺_(Aq) + CO₃^2-_(Aq) "Baco₃

ตัวอย่างที่ 2: จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อ Pb ผสมกัน (ไม่₃)₂ (aq) และ NH₄ฉัน (aq)?

ไอออนมีอยู่ในสารละลาย: หน้า²⁺, NO₃^-, NH₄⁺, ผม^-

ปริมาณน้ำฝนที่อาจเกิดขึ้น: PbI₂, NH₄NO₃

กฎการละลาย: PbI₂ ไม่ละลายน้ำ (กฎ 3), NH₄NO₃ มันละลายได้ (กฎ 1).

สมการทางเคมีที่สมบูรณ์: Pb (NO₃)_{2 (aq)} + 2NH₄ผม_(Aq) "จีดีพี₂ + 2NH₄NO_{3 (aq)}

สมการไอออนิกสุทธิ: Pb²⁺_(Aq) + 2I^-_(Aq) "จีดีพี_2.

การอ้างอิง

1. Anne Marie Helmenstine (2017, 10 พฤษภาคม) นิยามน้ำ (สารละลาย) ดึงมาจาก thinkco.com.
2. Anne Marie Helmenstine (2017, 14 พฤษภาคม) คำจำกัดความของสารละลายน้ำในวิชาเคมี. ดึงมาจาก thinkco.com.
3. Antoinette Mursa, K. W. (2017, 14 พฤษภาคม) กฎการละลาย สืบค้นจาก chem.libretexts.org.
4. สารละลายน้ำ ( S.F. ) กู้คืนจาก saylordotorg.github.io.
5. Berkey, M. (2011, 11 พฤศจิกายน) สารละลายน้ำ: ความหมาย & ตัวอย่าง ดึงมาจาก youtube.com.
6. ปฏิกิริยาในสารละลายน้ำ ( S.F. ) สืบค้นจากวิชาเคมี. bd.psu.edu.
7. Reid, D. (S.F. ) สารละลายน้ำ: ความหมายปฏิกิริยาและตัวอย่าง ดึงมาจาก study.com.
8. การละลาย ( S.F. ) สืบค้นจาก chemed.chem.purdue.edu.