โมเลกุลของเกลือที่ละลายในน้ำสามารถทำให้อะตอมแตกตัวเป็นไอออนได้หรือไม่?

การละลายโมเลกุลของเกลือในน้ำไม่ได้ทำให้อะตอมแตกตัวเป็นไอออน. อะตอมในเกลือแข็งจะถูกแตกตัวเป็นไอออนเป็นเวลานานก่อนสัมผัสน้ำ.

อิเล็กตรอนในอะตอมสามารถรับได้เฉพาะในสภาวะคลื่นที่เฉพาะเจาะจงเท่านั้น, และมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวเท่านั้นที่สามารถครอบครองสถานะคลื่นได้ครั้งละหนึ่งสถานะ. ผลที่ตามมา, อิเล็กตรอนในอะตอมใช้เวลา แตกต่างรัฐ, เริ่มต้นจากสถานะพลังงานต่ำสุดและขึ้นไปเป็นพลังงานจนกระทั่งอิเล็กตรอนทั้งหมดพบสถานะที่แตกต่างกัน. ด้วยเหตุผลต่าง ๆ ที่ไม่คุ้มที่จะกล่าวถึงในที่นี้, สถานะของอิเล็กตรอนในอะตอมมักจะก่อตัวเป็นกลุ่มต่างๆ, โดยรัฐในกลุ่มเดียวกันมีพลังงานและสภาวะใกล้เคียงกันมาก. นักเคมีเรียกกลุ่มสถานะอิเล็กตรอนเหล่านี้ “เปลือกหอย”, แม้ว่าพวกมันจะไม่เกี่ยวข้องกับเปลือกหอยตามตัวอักษรก็ตาม.

สิ่งที่น่าสนใจคืออะตอมที่มีเปลือกเต็มมีความเสถียรมาก (สถานะที่มีอยู่ทั้งหมดในแต่ละกลุ่มถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอน). ในทางกลับกัน, อะตอมที่มีเปลือกนอกสุดเต็มเพียงบางส่วนมีแนวโน้มที่จะขโมยอย่างรุนแรง, สูญเสีย, หรือใช้อิเล็กตรอนจากอะตอมอื่นร่วมกันเพื่อเติมเต็มเปลือกนอกสุดให้เสถียร. อะตอมดังกล่าวจึงมีปฏิกิริยาทางเคมี. เกลือที่รู้จักกันดีคือโซเดียมคลอไรด์ (เกลือแกง), ลองใช้มันเป็นตัวอย่างดู. อะตอมโซเดียมที่เป็นกลางเดี่ยวมีอิเล็กตรอนสิบเอ็ดตัว. อิเล็กตรอนสิบตัวเหล่านี้เติมเต็มสถานะจนกลายเป็นเปลือกที่สมบูรณ์. โซเดียมอิเล็กตรอนตัวที่สิบเอ็ด, อย่างไรก็ตาม, อยู่เพียงลำพังภายนอกสุด, เปลือกที่เต็มไปบางส่วน. อิเล็กตรอนถูกผูกมัดในอะตอมเนื่องจากประจุไฟฟ้าลบของพวกมันจะเกิดแรงดึงดูดทางไฟฟ้ากับประจุบวกของนิวเคลียสของอะตอม. แต่สำหรับโซเดียม, อิเล็กตรอนที่มีประจุลบที่อยู่ชั้นใน, กระสุนที่เสร็จสมบูรณ์จะทำหน้าที่สกัดกั้นได้ดี, หรือการคัดกรอง, แรงดึงดูดของนิวเคลียสต่ออิเล็กตรอนตัวที่ 11. ผลที่ตามมา, โซเดียมอิเล็กตรอนตัวที่ 11 ถูกผูกไว้กับอะตอมอย่างหลวมๆ และสุกงอมเพราะถูกอะตอมที่ทรงพลังกว่าขโมยไป.

ในทางตรงกันข้าม, คลอรีน (17 กระแสทั่วไปไหลในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางของ n,อนุภาคประจุลบ) มีเปลือกทั้งหมดที่เต็มไปด้วยอิเล็กตรอน ยกเว้นเปลือกนอกสุดซึ่งมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวที่ยังไม่สมบูรณ์. มีแรงดึงดูดที่รุนแรงมากจากอะตอมของคลอรีนต่ออิเล็กตรอนภายนอกซึ่งจำเป็นต่อการทำให้เปลือกสมบูรณ์. โซเดียมและคลอรีนจึงเข้ากันได้อย่างลงตัว. โซเดียมมีอิเล็กตรอน 1 ตัวซึ่งจับไม่แน่นมาก, และคลอรีนกำลังมองหาอิเล็กตรอนอีกหนึ่งตัวที่จะขโมยมาเติมเปลือกของมัน. ผลที่ตามมา, ตัวอย่างโซเดียมบริสุทธิ์จะทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับตัวอย่างคลอรีนบริสุทธิ์ และผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือเกลือแกง. อะตอมของคลอรีนแต่ละอะตอมจะขโมยอิเล็กตรอนจากอะตอมโซเดียม. ตอนนี้โซเดียมแต่ละอะตอมมีแล้ว 11 โปรตอนบวกและ 10 อิเล็กตรอนเชิงลบ, สำหรับค่าบริการสุทธิจำนวน +1. ตอนนี้คลอรีนแต่ละอะตอมมีแล้ว 17 โปรตอนบวกและ 18 อิเล็กตรอนลบสำหรับประจุสุทธิของ -1. อะตอมจึงถูกไอออนไนซ์โดยปฏิกิริยาที่ก่อให้เกิดเกลือแกงที่เป็นของแข็ง, ทั้งหมดนี้ไม่มีน้ำ. ขณะนี้ทั้งโซเดียมและคลอรีนไอออนมีเปลือกเต็มไปหมดและมีความเสถียร. นี่เป็นตัวอย่างที่ดีของอะตอมที่มีจำนวนอิเล็กตรอนและโปรตอนไม่เท่ากันโดยธรรมชาติ.

ตอนนี้โซเดียมไอออนบวกสุทธิถูกดึงดูดเข้ากับคลอรีนไอออนลบสุทธิ และแรงดึงดูดนี้ก่อให้เกิดสิ่งที่เราเรียกว่า “พันธะไอออนิก”. แต่, ในความเป็นจริง, เราไม่มีโซเดียมไอออนเพียงตัวเดียวที่เกาะติดกับไอออนคลอรีนไอออน. แทนที่, โครงตาข่ายของโซเดียมไอออนจำนวนมากจับตัวเป็นไอออนกับโครงตาข่ายของคลอรีนไอออน, และสุดท้ายก็กลายเป็นของแข็งที่เป็นผลึก. โซเดียมไอออนแต่ละตัวในโครงผลึกของเกลือแกงจะถูกจับกับ 6 ไอออนคลอรีนที่ใกล้ที่สุด, และคลอรีนไอออนแต่ละตัวก็เช่นเดียวกัน. อะตอมในเกลือแกงจึงอยู่ในสถานะแตกตัวเป็นไอออนแล้ว.

การเติมน้ำไม่ทำให้อะตอมในเกลือแตกตัวเป็นไอออน, เพราะพวกมันแตกตัวเป็นไอออนแล้ว. แทนที่, โมเลกุลของน้ำเกาะติดกับไอออนที่เกิดขึ้นแล้วในเกลือ. หนังสือเรียนชื่อ Cell and Molecular Biology: แนวคิดและการทดลองโดย Gerald Karp กล่าว, “ผลึกเกลือแกงถูกยึดไว้ด้วยกันโดยแรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิตระหว่าง Na ที่มีประจุบวก⁺ และ Cl ที่มีประจุลบ^– ไอออน. แรงดึงดูดประเภทนี้ระหว่างส่วนประกอบที่มีประจุเต็มนี้เรียกว่าพันธะไอออนิก (หรือสะพานเกลือ). พันธะไอออนิกภายในผลึกเกลืออาจค่อนข้างแรง. อย่างไรก็ตาม, ถ้าผลึกเกลือละลายในน้ำ, ไอออนแต่ละตัวจะถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำ, ซึ่งยับยั้งไอออนที่มีประจุตรงข้ามไม่ให้เข้าใกล้กันมากพอที่จะสร้างพันธะไอออนิก” โมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุลมีไดโพลถาวร, หมายความว่าปลายด้านหนึ่งจะมีประจุบวกเล็กน้อยเสมอ และปลายอีกด้านจะมีประจุลบเล็กน้อยเสมอ. ปลายที่มีประจุของโมเลกุลของน้ำถูกดึงดูดอย่างแรงกับไอออนที่มีประจุในผลึกเกลือจนน้ำทำลายโครงสร้างตาข่ายที่เป็นของแข็งของเกลือ และไอออนโซเดียมและคลอรีนแต่ละตัวจะถูกล้อมรอบด้วยชั้นของโมเลกุลน้ำที่เหนียวเหนอะหนะ. ในวิชาเคมี, เราบอกว่าเกลือละลายไปกับน้ำแล้ว. เปรียบเสมือนวงดนตรีร็อคที่ออกจากรถลีมูซีนไปท่ามกลางฝูงชนและแยกจากกันเมื่อสมาชิกแต่ละคนถูกรายล้อมไปด้วยกลุ่มแฟนคลับของตัวเอง. หากอะตอมในเกลือแข็งไม่แตกตัวเป็นไอออนตั้งแต่แรก, น้ำคงไม่ช่วยละลายเกลือได้ดีนัก.

เครดิต:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2013/09/23/how-does-disulating-a-salt-โมเลกุล-in-water-make-its-atoms-ionize/