آب | تعریف ، فرمول شیمیایی ، ساختار ، مولکول | بخش سوم

قطبیت مولکول آب نقش عمده ای در انحلال ترکیبات یونی در هنگام تشکیل محلول های آبی دارد. اقیانوس های زمین حاوی مقادیر زیادی نمک محلول هستند که یک منبع طبیعی عالی را فراهم می کنند. علاوه بر این ، صدها واکنش شیمیایی که برای زنده نگه داشتن موجودات زنده در هر لحظه رخ می دهد ، همه در مایعات آبی رخ می دهد. همچنین طعم دار شدن غذاها در حین پخت به دلیل حلالیت در آب موادی مانند شکر و نمک امکان پذیر می شود. اگرچه حلالیت مواد در آب یک فرایند بسیار پیچیده است ، اما برهم کنش بین مولکول های قطبی آب و املاح (یعنی ماده در حال حل شدن) نقش اصلی را ایفا می کند. وقتی یک جامد یونی در آب حل می شود ، انتهای مثبت مولکول های آب به آنیون ها جذب می شود ، در حالی که انتهای منفی آنها به کاتیون ها کشیده می شود. به این فرایند هیدراتاسیون گفته می شود. هیدراتاسیون یون های آن باعث می شود که نمکی در آب تجزیه (حل) شود. در فرآیند انحلال نیروهای قوی موجود بین یونهای مثبت و منفی جامد با فعل و انفعالات قوی آب و یون جایگزین می شوند.

هنگامی که مواد یونی در آب حل می شوند ، به کاتیون ها و آنیون های جداگانه تقسیم می شوند. به عنوان مثال ، هنگامی که کلرید سدیم (NaCl) در آب حل می شود ، محلول حاصل حاوی یونهای Na+ و Cl2 جدا شده است.
در این معادله (ها) حالت جامد را نشان می دهند و (aq) که مخفف آب است نشان می دهد که یونها هیدراته هستند - یعنی تعداد مشخصی مولکول آب به آنها متصل شده است. با حل شدن کلرید سدیم ، چهار مولکول آب از نزدیک با یون سدیم در ارتباط هستند. (عدد هیدراتاسیون Na+ چهار است.) درست در خارج از این هیدراتاسیون داخلی ناحیه ای قرار دارد که در آن مولکولهای آب تا حدی با حضور یون هیدراته شده [Na (H2O) 4]+ مرتب شده اند. این منطقه تا حدی مرتب شده با آب مایع "معمولی" (عمده) ترکیب می شود.
به طور کلی ، هرچه چگالی بار (نسبت بار به مساحت) یک یون بیشتر باشد ، عدد هیدراتاسیون بیشتر خواهد بود. به عنوان یک قاعده ، یونهای منفی دارای مقدار هیدراتاسیون کوچکتری نسبت به یونهای مثبت هستند زیرا شلوغی بیشتری هنگام ایجاد اتمهای هیدروژن مولکولهای آب به سمت آنیون ایجاد می شود.

بسیاری از ترکیبات غیر یونی نیز در آب محلول هستند. به عنوان مثال ، اتانول (C2H5OH) ، جزء الکلی شراب ، آبجو و مشروبات الکلی ، در آب بسیار محلول است. این نوشیدنی ها حاوی درصد های متفاوتی از اتانول در محلول آبی با سایر مواد هستند. اتانول به دلیل ساختار مولکول الکل در آب بسیار محلول است. این مولکول مانند یک پیوند O ― H قطبی مانند آب موجود است که به آن اجازه می دهد تا به طور موثر با آب تعامل داشته باشد.
مواد زیادی وجود دارد که آب حلال قابل قبولی برای آنها نیست. به عنوان مثال چربی حیوانی در آب خالص نامحلول است زیرا طبیعت غیر قطبی مولکول های چربی آنها را با مولکول های آب قطبی ناسازگار می کند. به طور کلی ، مواد قطبی و یونی در آب محلول هستند. یک قاعده مفید برای تعیین این که آیا دو ماده به احتمال زیاد با هم مخلوط می شوند (یعنی برای تشکیل محلول مخلوط می شوند) "مانند حل می شود مانند" است. یعنی دو ماده قطبی به احتمال زیاد مخلوط می شوند و محلول را تشکیل می دهند ، مانند دو ماده غیر قطبی.
رفتار و خواص
آب در دماها و فشارهای بالا
هنگامی که آب در معرض درجه حرارت و فشار زیاد قرار می گیرد ، ویژگی مشخصه آب برای رفتار به عنوان حلال قطبی (محیط محلول) تغییر می کند. با داغ شدن آب ، به نظر می رسد که مولکول ها با مولکول های غیرقطبی تعامل بیشتری داشته باشند. به عنوان مثال ، در دمای 300 درجه سانتی گراد (572 درجه فارنهایت) و فشار بالا ، آب دارای خواص حل کنندگی بسیار شبیه به استون (CH3COCH3) ، یک حلال آلی معمولی است.

آب رفتارهای غیرعادی خاصی را فراتر از دما و فشار بحرانی خود نشان می دهد (374 درجه سانتیگراد [705.2 درجه فارنهایت] ، 218 اتمسفر).
در بالای دمای بحرانی آن ، تمایز بین حالتهای مایع و گازی آب از بین می رود - به سیال فوق بحرانی تبدیل می شود ، که چگالی آن را می توان با تغییر دما و فشار از حالت مایع تا گاز مانند تغییر داد. اگر چگالی آب فوق بحرانی به اندازه کافی بالا باشد ، املاح یونی به راحتی حل می شوند ، همانطور که در مورد آب "معمولی" صادق است. اما شگفت آور است که این مایع فوق بحرانی می تواند مواد غیرقطبی را نیز به راحتی حل کند - کاری که آب معمولی نمی تواند انجام دهد. آب فوق بحرانی به دلیل قابلیت حل شدن مواد غیرقطبی ، می تواند به عنوان محیط احتراق برای از بین بردن زباله های سمی مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال ، ضایعات آلی را می توان با اکسیژن در آب فوق بحرانی متراکم مخلوط کرده و در سیال احتراق کرد. شعله در واقع "زیر آب" می سوزد. از اکسیداسیون در آب فوق بحرانی می توان برای از بین بردن طیف وسیعی از مواد آلی خطرناک استفاده کرد با این مزیت که یک راکتور آب فوق بحرانی یک سیستم بسته است ، بنابراین هیچ گونه انتشار در جو منتشر نمی شود.