If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Если вы используете веб-фильтр, пожалуйста, убедитесь, что домены *.kastatic.org и *.kasandbox.org разблокированы.

Основное содержание

Вода как растворитель

Почему вода — хороший растворитель, и какие молекулы растворяются в ней лучше всего.

Введение

Вы когда-нибудь делали лимонад из лимонов, содержащий, конечно, много сахара? Если вы добавили сахар в лимонад (или чай, или любой другой напиток на водной основе) и наблюдали, как он растворяется, значит, вы уже не понаслышке знакомы с растворяющими свойствами воды. Растворитель — это вещество, которое может растворять другие молекулы и соединения, которые в таком случае будут называться растворёнными веществами. Однородная смесь растворителя и растворённого вещества называется раствором, а большая часть химических превращений происходит в водных растворах, то есть в растворах, где растворителем выступает вода.
Из-за своей полярности и способности образовывать водородные связи, вода является отличным растворителем, а это означает, что она может растворять множество различных видов молекул. Многие жизненно важные химические реакции протекают в водной среде внутри клеток; таким образом способность воды растворять самые разные молекулы является ключевым фактором, позволяющим протекать этим химическим реакциям.

Вода как растворитель

Благодаря своей способности растворять достаточно широкий спектр веществ, воду иногда называют «универсальным растворителем». Однако это название не совсем точное, так как есть некоторые вещества (например, масла), которые плохо растворяются в воде. Вообще, вода хорошо растворяет полярные молекулы и вещества с их дальнейшим распадом на ионы, но плохо растворяет неполярные молекулы. (Полярная молекула - это молекула, которая является нейтральной или незаряженной, но имеет асимметричное внутреннее распределение заряда, приводящее к формированию частично положительной и частично отрицательной частей молекулы.)
Вода взаимодействует по-разному с заряженными (и полярными) веществами — и с неполярными, поскольку молекулы самой воды — полярны. Во-первых, на атомах водорода образуется частичный положительный заряд, а на атоме кислорода — частичный отрицательный, во-вторых, молекула воды имеет изогнутую структуру. Неравномерное распределение заряда в молекуле воды обусловливается большей электроотрицательностью кислорода по сравнению с водородом: общие электроны в связях O-H больше времени проводят у атома O, чем у двух атомов H. На иллюстрации ниже частичный положительный и частичный отрицательный заряды обозначены символами δstart superscript, plus, end superscript и δstart superscript, minus, end superscript соответственно.
Благодаря полярности молекулы воды, возникает электростатическое взаимодействие молекул (притяжение, вызванное зарядами) как между собой, так и с другими молекулами и ионами. Полярные молекулы и ионы взаимодействуют с частичными положительными и частично отрицательными концами молекулы воды, при этом положительные и отрицательные заряды притягиваются (точно так же, как разные полюса магнита). Когда молекул воды гораздо больше, чем молекул растворённого вещества, тогда в водном растворе вокруг частиц растворённого вещества образуется объёмная сфера из молекул воды — так называемая гидратационная оболочка. Такая оболочка позволяет частицам равномерно распределяться в толще воды.
Частично положительные концы молекул воды притягиваются к отрицательному иону Cl-, а частично отрицательные концы молекул воды притягиваются к положительному иону Na +.
Изображение изменено из"Вода: Рисунок 3," от OpenStax College, Biology (CC BY 3,0.
Как образование гидратационной оболочки приводит к растворению веществ? В качестве примера давайте рассмотрим, что произойдёт, если в воду добавить ионное соединение, например, поваренную соль (NaCl).
Если добавить поваренную соль в воду и размешать, то кристаллическая решётка NaCl начнёт диссоциировать на ионы Nastart superscript, plus, end superscript и Clstart superscript, minus, end superscript (диссоциация - это процесс, при котором соединение или молекула распадается на ионы). Молекулы воды образуют вокруг ионов гидратационные оболочки: положительно заряженные ионы Nastart superscript, plus, end superscript будут окружены частично отрицательно заряженными атомами кислорода, в то время как отрицательно заряженные ионы Clstart superscript, minus, end superscript будут окружены частично положительно заряженными атомами водорода. По мере протекания процесса все ионы кристаллов поваренной соли будут окружены гидратационными оболочками и распределятся в растворе.
Неполярные молекулы, такие как жиры и масла, не взаимодействуют с водой, вокруг них не образуются гидратационные оболочки. У таких молекул нет областей с частично положительными и частично отрицательными зарядами, поэтому между ними и молекулами воды не возникает электростатического взаимодействия. Таким образом, вместо того, чтобы раствориться, неполярные вещества (например, масла) держатся обособленно и образуют в воде слои или капли.