Kan een oplossend zoutmolecuul in water zijn atomen laten ioniseren?

Het oplossen van een zoutmolecuul in water zorgt er niet voor dat de atomen ioniseren. De atomen in vaste zouten zijn al geïoniseerd lang voordat ze water raken.

Elektronen in een atoom kunnen alleen specifieke golftoestanden aannemen, en slechts één elektron kan één golftoestand tegelijk innemen. Als gevolg, elektronen in een atoom nemen verschillendstaten, beginnend bij de laagste energietoestand en stijgend in energie totdat de elektronen allemaal verschillende toestanden hebben gevonden. Om verschillende redenen die hier niet de moeite waard zijn om te vermelden, elektronentoestanden in atomen hebben de neiging verschillende groepen te vormen, waarbij de staten in dezelfde groep zeer vergelijkbare energieën en staten hebben. Chemici noemen deze groepen elektronentoestanden “schelpen”, ook al hebben ze niets met letterlijke granaten te maken.

Het interessante is dat een atoom met volledig gevulde schillen erg stabiel is (alle beschikbare toestanden in elke groep worden bezet door elektronen). Anderzijds, een atoom waarvan de buitenste schil slechts gedeeltelijk gevuld is, heeft een sterke neiging tot stelen, verliezen, of elektronen van andere atomen delen om de buitenste schil te vullen en stabiel te worden. Dergelijke atomen zijn daarom chemisch reactief. Een bekend zout is natriumchloride (tafel zout), dus laten we het als voorbeeld gebruiken. Eén enkel neutraal natriumatoom heeft elf elektronen. Tien van deze elektronen vullen toestanden zodanig in dat ze complete schillen vormen. Het elfde elektron van natrium, echter, is alleen in de buitenste, gedeeltelijk gevulde schaal. Elektronen zijn in atomen gebonden omdat hun negatieve elektrische lading elektrische aantrekkingskracht ervaart op de positieve lading van de atoomkern. Maar voor natrium, de negatief geladen elektronen in het binnenste, voltooide shells blokkeren goed, of screening, de aantrekkingskracht van de kern op het elfde elektron. Als gevolg, het elfde elektron van natrium is losjes gebonden aan het atoom en is rijp om te worden gestolen door een krachtiger atoom.

In tegenstelling tot, chloor- (17 elektronen) alle schillen zijn gevuld met elektronen, behalve de buitenste schil, die één elektron tekort is om compleet te zijn. Er is een zeer sterke aantrekkingskracht door het chlooratoom op een extern elektron dat nodig is om zijn schil te voltooien. Natrium en chloor zijn daarom een ​​perfecte match. Natrium heeft één elektron waar het niet erg sterk aan vasthoudt, en chloor is op zoek naar nog een elektron om te stelen om zijn schil te vullen. Als gevolg, een zuiver natriummonster reageert sterk met een zuiver monster chloor en het eindproduct is keukenzout. Elk chlooratoom steelt een elektron van het natriumatoom. Elk natriumatoom heeft dat nu 11 positieve protonen en 10 negatieve elektronen, voor een nettobedrag van +1. Elk chlooratoom heeft dat nu 17 positieve protonen en 18 negatieve elektronen voor een netto lading van -1. De atomen zijn daarom geïoniseerd door de reactie die vast keukenzout vormt, allemaal zonder de aanwezigheid van water. Zowel de natrium- als de chloorionen hebben nu volledig gevulde schillen en zijn daardoor stabiel. Dit is een goed voorbeeld van een atoom dat van nature een ongelijk aantal elektronen en protonen heeft.

Het netto positieve natriumion wordt nu aangetrokken door het netto negatieve chloorion en deze aantrekking vormt wat we een noemen “ionbinding”. Maar, in werkelijkheid, we hebben niet slechts één natriumion dat aan het chloorion kleeft. In plaats daarvan, een rooster van veel natriumionen bindt zich ionisch aan een rooster van chloorionen, en we eindigen met een kristallijne vaste stof. Elk natriumion in het kristallijne rooster van keukenzout is gebonden aan de 6 dichtstbijzijnde chloorionen, en hetzelfde geldt voor elk chloorion. De atomen in keukenzout bevinden zich dus al in geïoniseerde toestand.

Het toevoegen van water ioniseert de atomen in zout niet, omdat ze al geïoniseerd zijn. In plaats daarvan, de watermoleculen blijven plakken aan de reeds gevormde ionen in het zout. Het leerboek met de titel Cel- en Moleculaire Biologie: Concepten en experimenten door Gerald Karp stelt, “Een kristal keukenzout wordt bij elkaar gehouden door een elektrostatische aantrekkingskracht tussen positief geladen Na⁺ en negatief geladen Cl^- ionen. Dit soort aantrekking tussen volledig geladen componenten wordt een ionische binding genoemd (of een zoutbrug). Ionische bindingen in een zoutkristal kunnen behoorlijk sterk zijn. Echter, als een zoutkristal in water wordt opgelost, elk van de individuele ionen wordt omgeven door watermoleculen, die voorkomen dat tegengesteld geladen ionen elkaar dicht genoeg naderen om ionische bindingen te vormen.” Elk watermolecuul heeft een permanente dipool, wat betekent dat het ene uiteinde altijd licht positief geladen is en het andere uiteinde altijd licht negatief geladen is. De geladen uiteinden van de watermoleculen worden zo sterk aangetrokken door de geladen ionen in het zoutkristal dat het water de vaste roosterstructuur van het zout vernietigt en elk natrium- en chloorion omgeven raakt door een laag kleverige watermoleculen.. In de chemie, we zeggen dat het zout is opgelost door het water. Het is alsof een rockband de limousine verlaat en in een menigte fans terechtkomt en gescheiden raakt terwijl elk bandlid omringd wordt door zijn eigen kring van fans.. Als de atomen in vast zout om te beginnen niet geïoniseerd waren, het water zou het zout niet zo goed oplossen.

Credit:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2013/09/23/hoe-maakt-het-oplossen-van-een-zout-molecuul-in-water-zijn-atomen-ioniseren/