წყლის გამხსნელი თვისებები

ცხოვრებისგან ოდესმე ლიმონები თუ მიგიღიათ? თუ კი, ეჭვგარეშეა, თქვენ მიჰყევით ძველ გამონათქვამს და დაამზადეთ ლიმონათი - რა თქმა უნდა, დიდი რაოდენობის შაქრით! თუ თქვენ მოგირევიათ შაქრისთვის ლიმონათში (ან ჩაიში, ან ნებისმიერ სხვა წყალზე დამზადებულ სასმელში) და გიყურებიათ, როგორ იხსნება იგი, მაშინ თქვენ უკვე გინახავთ წყლის მოქმედებაში მოყვანილი გამხსნელი თვისებები. გამხსნელი უბრალოდ ნივთიერებაა, რომელსაც შეუძლია სხვა მოლეკულებისა და ნარევების გახსნა, რომლებიც ცნობილია ხსნადების სახელით. გამხსნელისა და ხსნადის ერთგვაროვან ნარევს ეწოდება ხსნარი, ხოლო სიცოცხლის ქიმიის უმეტესობა მიმდინარეობს წყალხსნარებში, ან ხსნარებში, რომლებშიც გამხსნელი წყალია.

მისი პოლარობისა და წყალბადური ბების წარმოქმნის უნარის გამო, წყალი არაჩვეულებრივი გამხსნელია, რაც ნიშნავს იმას, რომ მას შეუძლია მრავალი სხვადასხვა სახის მოლეკულის გახსნა. სიცოცხლისთვის მნიშვნელოვანი ქიმიური რეაქციების უმეტესობა მიმდინარეობს უჯრედების შიგნით და წყლის უნარიანობა, გახსნას მრავალი ნაირსახეობის მოლეკულა, არსებითია ამ ქიმიური რეაქციების წარმოებისთვის.

მრავალგვარი ხსნარების გახსნის უნარის წყალობით წყალს ზოგჯერ „უნივერსალურ გამხსნელს" უწოდებენ. თუცა, ეს სახელწოდება მთლად ზუსტი არაა, რაკი არსებობს ზოგიერთი ნივთიერება (როგორებიცაა ზეთები), რომელიც კარგად არ იხსნება წყალში. ზოგადად, წყალი იონებისა და პოლარული მოლეკულების კარგი გამხსნელია, მაგრამ სუსტია. არაპოლარული მოლეკულების გახსნაში. ( პოლარული მოლეკულა ნეიტრალურია ან დაუმუხტავი, მაგრამ მუხტის ასიმეტრიული შიდა განაწილება აქვს, რაც იწვევს ნაწილობრივ დადებითი და ნაწილობრივ უარყოფითი მხარეების არსებობას.)

წყალი დამუხტულ და პოლარულ ნივთიერებებთან, არაპოლარული ნივთიერებებისგან განსხვავებულად ურთიერთქმედებს, მისი მოლეკულების პოლარობიდან გამომდინარე. წყლის მოლეკულები პოლარულია, ნაწილობრივ დადებითი მუხტით წყალბადებზე, ნაწილობრივ უარყოფითი მუხტით ჟანგბადზე და ჩაზნექილი სტრუქტურით. წყლის მოლეკულაში მუხტის არათანაბარი განაწილება ასახავს ჟანგბადისა და წყალბადის ურთიერთკავშირის ელექტროუარყოფითობას: O-H ბმების საზიარო ელექტრონები უფრო დიდ დროს ატარებენ O ატომთან, ვიდრე H-თან. ქვემოთ მოცემულ სურათზე გამოსახულია ნაწილობრივ დადებითი და უარყოფითი მუხტების აღმნიშვნელი სიმბოლოები: δ$^+$start superscript, plus, end superscript and δ$^-$start superscript, minus, end superscript.

პოლარულობის გამო წყალს შეუძლია აწარმოოს ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედებები (დამყარებული მუხტების მიზიდულობაზე) სხვა პოარულ მოლეკულებთან და იონებთან. პოლარული მოლეკულები და იონები ურთიერთქმედებენ წყლის ნაწილობრივ დადებით და ნაწილობრივ უარყოფით ბოლოებთან, სადაც დადებითი მუხტები იზიდავს უარყოფით მუხტებს (როგორც მაგნიტის + და - ბოლოები). როდესაც წყლის მოლეკულები ხსნადი ნივთიერების მოლეკულებთან შეფარდებით მაღალია, როგორც წყალხსნარში, ეს ურთიერთქმედებებიიწვევს წყლის მოლეკულის სამგანზომილებიანი სფეროს წარმოქმნას, ან ჰიდრატულ შრეს, ხსნადი ნივთიერების გარშემო. ჰიდრატული შრეები საშუალებას აძლევს ნაწილაკებს წყალში სწორად გაიფანტონ.

როგორ იწვევს ჰიდრატული შრის წარმოქმნა ნივთიერების ხსნადობას? მაგალითისთვის განვიხილოთ, რა მოსდის ისეთ იონურ ნაერთს, როგორიც სუფრის მარილია (NaCl), როდესაც მას წყალში დავამატებთ.

თუ სუფრის მარილს წყალში ჩავამატებთ და შევანჯღრევთ, NaCl-ის კრისტალური მესერი დაიწყებს Na$^+$start superscript, plus, end superscript და Cl$^-$start superscript, minus, end superscript იონებად დისოცირებას. (დისოციაცია იმ პროცესის სახელია, რომელშიც ნარევი ან მოლეკულა იხლიჩება იონების წარმოსაქმნელად.) წყლის მოლეკულები ჰიდრატულ შრეს წარმოქმნიან იონების გარშემო: დადებითად დამუხტული Na$^+$start superscript, plus, end superscript იონები გარშემორტყმულია ნაწილობრივ უარყოფითი მუხტებით, წყლის მოლეკულის ჟანგბადის ბოლოებიდან, მაშინ, როდესაც უარყოფითად დამუხტული Cl$^-$start superscript, minus, end superscript იონები წყალბადის ბოლოების ნაწილობრივ დადებითი მუხტებითაა გარშემორტყმული. პროცესის გაგრძელებასთან ერთად, სუფრის მარილში შემავალი ყველა იონი გარშემორტყმული ხდება ჰიდრატული შრეებით და ხსნარშია გაშლილი.

არაპოლარული მოლეკულები, როგორებიცაა ცხიმები და ზეთები, წყალთან არ ურთიერთქმედებს და არც ჰიდრატულ შრეებს წარმოქმნის. ამ მოლეკულებს, ნაწილობრივ დადებითი ან უარყოფითი მუხტის უბნები არ გააჩნია, ასე რომ, ისინი წყლის მოლეკულებისთვის ელექტროსტატიკურად მიმზიდველი არაა. ამგვარად, არაპოლარული ნივთიერებები (როგორიცაა ზეთები) გახსნის მაგივრად, განცალკევებული რჩება და წყალში დაატებისას წარმოქმნის ფენებს ან წვეთებს.