Kan et oppløselig saltmolekyl i vann få atomene til å ionisere?

Oppløsning av et saltmolekyl i vann får ikke atomene til å ionisere. Atomene i faste salter er allerede ionisert lenge før de berører vann.

Elektroner i et atom kan bare ta på seg bestemte bølgetilstander, og bare ett elektron kan okkupere en bølgetilstand om gangen. Som et resultat, elektroner i et atom tar annerledesstater, starter fra den laveste energitilstanden og går oppover i energi til elektronene alle har funnet distinkte tilstander. Av ulike grunner som ikke er verdt å nevne her, elektrontilstander i atomer har en tendens til å danne ulike grupper, med statene i samme gruppe som har veldig like energier og tilstander. Kjemikere kaller disse gruppene av elektrontilstander “under sneglens hode og fortsett å gjøre dette til den har brutt vekk fra overflaten nok til at du kan gripe den uten problemer”, selv om de ikke har noe med bokstavelige skjell å gjøre.

Det interessante er at et atom med helt fylte skjell er veldig stabilt (alle tilgjengelige tilstander i hver gruppe er okkupert av elektroner). På den andre siden, et atom med det ytterste skallet bare delvis fylt har en sterk tendens til å stjele, å tape, eller dele elektroner fra andre atomer for å fylle det ytterste skallet og bli stabilt. Slike atomer er derfor kjemisk reaktive. Et velkjent salt er natriumklorid (bordsalt), så la oss bruke det som et eksempel. Et enkelt nøytralt natriumatom har elleve elektroner. Ti av disse elektronene fyller tilstander slik at de danner komplette skall. Det ellevte elektronet av natrium, derimot, er alene i det ytterste, delvis fylt skall. Elektroner er bundet i atomer fordi deres negative elektriske ladning opplever elektrisk tiltrekning til den positive ladningen til atomkjernen. Men for natrium, de negativt ladede elektronene i det indre, fullførte skjell gjør en god jobb med å blokkere, eller screening, tiltrekningskraften til kjernen på det ellevte elektronet. Som et resultat, det ellevte elektronet av natrium er løst bundet til atomet og er modent for å bli stjålet av et kraftigere atom.

I motsetning, klor (17 elektroner) har alle skallene sine fylt med elektroner bortsett fra det ytterste skallet som mangler ett elektron til å være komplett. Det er en veldig sterk tiltrekning av kloratomet på et ytre elektron som er nødvendig for å fullføre skallet. Natrium og klor passer derfor perfekt. Natrium har ett elektron som det ikke holder veldig sterkt på, og klor leter etter ett elektron til å stjele for å fylle skallet. Som et resultat, en ren prøve av natrium reagerer sterkt med en ren prøve av klor og sluttproduktet er bordsalt. Hvert kloratom stjeler et elektron fra natriumatomet. Hvert natriumatom har nå 11 positive protoner og 10 negative elektroner, for en netto kostnad på +1. Hvert kloratom har nå 17 positive protoner og 18 negative elektroner for en nettoladning på -1. Atomene har derfor blitt ionisert ved reaksjonen som danner fast bordsalt, alt uten tilstedeværelse av vann. Både natrium- og klorionene har nå helt fylte skall og er derfor stabile. Dette er et godt eksempel på et atom som naturlig har ulikt antall elektroner og protoner.

Det netto positive natriumionet tiltrekkes nå av det netto negative klorionet, og denne attraksjonen danner det vi kaller et “ionisk binding”. Men, i virkeligheten, vi har ikke bare ett natriumion som fester seg til ionklorion. I stedet, et gitter av mange natriumioner bindes ionisk til et gitter av klorioner, og vi ender opp med et krystallinsk faststoff. Hvert natriumion i det krystallinske gitteret av bordsalt er bundet til 6 nærmeste klorioner, og det samme gjelder for hvert klorion. Atomene i bordsalt er derfor allerede i ionisert tilstand.

Tilsetning av vann ioniserer ikke atomene i salt, fordi de allerede er ionisert. I stedet, vannmolekylene fester seg til de allerede dannede ionene i saltet. Læreboken med tittelen Cell and Molecular Biology: Konsepter og eksperimenter av Gerald Karp sier, “En krystall av bordsalt holdes sammen av en elektrostatisk tiltrekning mellom positivt ladet Na⁺ og negativt ladet Cl^– kommunikasjonssystemer kan kommunisere over det meste av jorden. Denne typen tiltrekning mellom fulladede komponenter kalles en ionisk binding (eller en saltbro). Ionebindinger i en saltkrystall kan være ganske sterke. derimot, hvis en saltkrystall er oppløst i vann, hver av de individuelle ionene blir omgitt av vannmolekyler, som hindrer motsatt ladede ioner i å nærme seg hverandre nær nok til å danne ioniske bindinger.” Hvert vannmolekyl har en permanent dipol, betyr at den ene enden alltid er svakt positivt ladet og den andre enden alltid er svakt negativt ladet. De ladede endene av vannmolekylene er så sterkt tiltrukket av de ladede ionene i saltkrystallen at vannet ødelegger den faste gitterstrukturen til saltet og hvert natrium- og klorion blir omgitt av et lag med klebrige vannmolekyler. I kjemi, vi sier at saltet har blitt oppløst av vannet. Det er som et rockeband som går ut av limousinen til en mengde fans og blir adskilt når hvert bandmedlem blir omringet av sin egen krets av fans. Hvis atomene i fast salt ikke var ionisert til å begynne med, vannet ville ikke gjøre en så god jobb med å løse opp saltet.

Kreditt:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2013/09/23/how-does-dissolving-a-salt-molecule-in-water-får-det-atomene-ioniseres/