Механизм растворения - это довольно занятный с физической точки зрения процесс. Обычно вы растворяете сахар в чае и не думаете в этот момент, какие процессы происходят в чашке. Но если задать себе вопрос "а почему", то мир заиграет новыми красками.
Вода - это хороший растворитель. Более того, химики именуют воду универсальным растворителем, в котором рано или поздно растворяется буквально всё. Вопрос во времени. Но при этом все знают, что некоторые материалы растворяются в воде моментально, а некоторые могут находиться в воде годами. Так какая физика у процесса растворения?
Давайте только попробуем обойтись без фраз из учебника и излишней премудрости. Ведь в любой книжке вы прочитаете, что соль растворяется в воде благодаря процессу гидратации. Гидратация есть присоединение молекул воды к молекулам или ионам.
Молекулы воды позволяют разрушить кристалл соли, поскольку неполные положительные и отрицательные заряды на атомах полярных молекул воды заменяют собой положительные и отрицательные ионы в кристаллической решетке соли. Если устойчивость ионов, переходящих в раствор, становится больше их устойчивости в кристаллической решетке, то происходит растворение.
Но давайте ещё проще. Вся механика растворения сводится к притяжению - молекула того, что вы пытаетесь растворить, сильнее притягивается к молекулам воды или молекулам своего вида (и да, не у всех материалов есть молекулы, но давайте пока опираться на них, поскольку логика что для атомов, что для молекул будет схожей).
Исходить нужно из энергетической выгодности. Частицы во многом живут примерно по логике любого живого существа и это забавно. Выполняется наиболее энергетически выгодное действие. Например, соль растворяется в воде, потому что ионы натрия и хлора предпочли бы прикрепиться к молекуле воды, а не к молекуле натрия или хлора. Фактически, если вы оставите соль во влажной среде, она "затвердеет", поскольку несколько молекул воды образуют более прочные связи, чем атомы натрия и хлора между собой.
Соль в значительной степени сыпуча, потому что способ, которым хлор и натрий образуют кристаллы, означает отсутствие необходимости прикрепляться к любым другим кристаллам соли, с которыми они вступают в контакт.
Вода обладает таким свойством, потому что у нее есть как положительные, так и отрицательные заряды, в то время как для большинства молекул эти заряды идеально сбалансированы, а для большинства ионов они либо полностью отрицательные, либо полностью положительные.
Эта специфика проявляется из-за странной структуры воды, где атомы водорода расположены близко друг к другу с одной стороны и отсутствуют с другой.
Напротив, тот же диоксид углерода не обладает таким свойством. Он выравнивает заряды, так что сама молекула имеет практически одинаковый заряд в каждом направлении. В воде водородная сторона ищет отрицательно заряженные ионы (например, хлор), а кислородная сторона ищет положительно заряженные ионы (например, натрий).
Железо не растворяется в воде, потому что каждый отдельный атом железа прочно связан с другими атомами железа. Атомы железа будут реагировать с молекулами кислорода (медленно), но не с кислородной стороной молекулы воды.
Аналогично молекула растительного масла будет гораздо охотнее прилипать к другим молекулам масла, хотя она также будет прилипать и к молекулам воды. Таким образом, даже если вы взболтаете масло в воде, крошечные масляные шарики прилипают друг к другу, и поскольку масло намного менее плотное, чем вода, оно всплывает на поверхность.
Тут можно вспомнить и классический школьный опыт про натрий и воду. Молекулы кислорода в воде гораздо охотнее прикрепились бы к атому натрия, чем к атомам водорода, и это притяжение происходит мгновенно и выделяется много тепла, также оставляя водород позади, который обычно реагирует с другим кислородом в атмосфере, образуя новую воду.
--
💥 Слушайте мои подкасты по теме!
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegramпроекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!
✅ Поддержать проект монеткой или задать вопрос можно тут! Здесь же я публикую фрагменты будущей книги, которую могут читать подписчики
👉💖 Ставьте лайки материалу, подписывайтесь на проект!