12.1 – Opløsninger – kemi.androide.dk

En opløsning, består af mindst et opløst stof spredt i et opløsningsmiddel.

En opløsning, er en homogen blanding i hvilken et stof, kaldet det opløste stof, er ligeligt fordelt i et andet stof, kaldet opløsningsmidlet. Når en lille mængde salt bliver opløst i vand, smager saltvandsopløsningen lidt salt. Hvis der tilføres mere salt, smager opløsningen meget salt. Normalt, er det opløste stof (i dette tilfælde salt), tilstede i den mindste mængde, og opløsningsmidlet (i dette tilfælde vand), er tilstede i den største mængde. For eksempel i en opløsning der består af 5,0 g salt, og 50,0 g vand, er salt det opløste stof og vand er opløsningsmidlet. I en opløsning, er partiklerne af det opløste stof, fordelt ligeligt mellem opløsningsmidlets molekyler (se figur 12.1).

**Figur 12.1** – En opløsning af kobber(II)sulfat (CuSO4) dannes, efterhånden som partiklerne fra det opløste stof, bevæger sig væk fra krystallerne, og bliver ligeligt fordelt i opløsningsmidlets (vand) molekyler.

Typer af opløst stof og opløsningsmidler

Opløste stoffer og opløsningsmidler, kan være faste stoffer, flydende stoffer, eller gasser. Opløsningen der dannes, har den samme fysiske tilstandsform, som opløsningsmidlet. Når sukkerkrystaller opløses i vand, er sukkeropløsningen flydende, og vandet er opløsningsmidlet. Sodavand og andre kulsyreholdige drikke, laves ved at opløse kuldioxidgas i vand. Kuldioxiden er det opløste stof, og vand er opløsningsmidlet. Tabel 12.1 giver en oversigt over nogle opløste stoffer og opløsningsmidler, samt deres opløsninger.

Vand som opløsningsmiddel

I vand, dannes hydrogenbindinger mellem det enlige elektronpar i et oxygenatom i det ene vandmolekyle, og parret i er hydrogenatom i et andet vandmolekyle.

Vand er et af de mest almindelige stoffer i naturen. I H₂O molekylet, deler et oxygenatom, elektroner med to hydrogenatomer. Fordi oxygen er meget mere elektronegativt end hydrogen, er O—H bindingen polær. I hver polære binding, har oxygenatomet en delvis negativ ladning (δ^–), og hydrogenatomet, har en delvist positiv ladning (δ⁺). Fordi vandmolekylet har en bøjet form, er vand et polært opløsningsmiddel.

Tiltrækkende kræfter, kendt som hydrogenbindinger, opstår mellem molekyler, hvor de delvist positivt ladede hydrogenatomer, tiltrækkes til de delvist negativt ladede atomer af N, O, eller F. På billedet, er hydrogenbindingerne vist som prikker mellem vandmolekylerne. Selv om hydrogenbindinger er meget svagere end kovalente eller ionbindinger, er der mange af dem der sammenhæfter vandmolekylerne. Hydrogenbindinger er også vigtige i egenskaberne for biologiske komponenter, som for eksempel proteiner, kulhydrater og DNA.

Dannelse af opløsninger

**Figur 12.2** – Lige opløser lige. I hvert reagensglas, er det nederste lag CH₂Cl₂ (tungere), og det øverste lag er vand (lettere). (a) CH₂Cl₂ er upolært og vand er polært; de to lag kan ikke blandes. (b) Det upolære opløste stof I2 (lilla), er opløseligt i det upolære opløsningsmiddel CH₂Cl₂. (c) Ionforbindelsen Ni(NO₃)₂ (grøn), er opløselig i det polære opløsningsmiddel, vand.

Interaktionerne mellem opløste stoffer og opløsningsmiddel, vil bestemme om en opløsning dannes eller ikke dannes. Indledningsvis, kræves der energi, for at adskille både det opløste stofs partikler og opløsningsmidlets partikler. Derefter frigives der energi, som det opløste stofs partikler, bevæger sig mellem opløsningsmidlets partikler, og danner opløsningen. Der skal dog være en tiltrækning mellem det opløste stof og opløsningsmidlets partikler, for at levere den energi der behøves for den indledningsvise adskillelse. Disse tiltrækninger sker, når det opløste stof og opløsningsmidlet har samme polariteter. Udtrykket ”lige opløser lige” er en måde at udtrykke, at polariteten af det opløste stof og opløsningsmidler skal være ens, for at der kan dannes en opløsning (se figur 12.2). I fraværet af tiltrækninger mellem et opløst stof og et opløsningsmiddel, er der ikke tilstrækkelig med energi, så en opløsning kan dannes (se tabel 12.2).

Opløsninger med ioniske og polære opløste stoffer

**Figur 12.3** – Ioner på overfladen af en krystal af NaCl, opløses i vand, efterhånden som de bliver tiltrukket af det polære vandmolekyle, der tvinger ionerne til opløsning og omringer dem.

I ioniske opløste stoffer som for eksempel natriumchlorid, NaCl, er der stærke opløst stof—opløst stof tiltrækninger, mellem de positivt ladede Na⁺ ioner og de negativt ladede Cl^– ioner. I vand, et polært opløsningsmiddel, giver hydrogenbindingerne stærke opløsningsmiddel—opløsningsmiddel tiltrækninger. Når NaCl krystaller placeres i vand, vil de delvist negativt ladede oxygenatomer i vandmolekylerne, tiltrække de positivt ladede Na⁺ ioner, og de delvist positivt ladede hydrogenatomer i andre vandmolekyler. Vil tiltrække de negativt ladede Cl^– ioner (se figur 12.3). Så snart Na⁺ og Cl^– ionerne danner en opløsning, gennemgår de hydrering, når vandmolekylerne omringer hver ion. Hydreringen af ionerne, mindsker deres tiltrækning til andre ioner, og beholder dem opløst. Den stærke opløste stof—opløsningsmiddel tiltrækning mellem Na⁺ og Cl^– ionerne og vandmolekylerne, leverer den nødvendige energi, til dannelse af en opløsning.

I reaktionsligningen for dannelsen af NaCl opløsningen, vises den faste op opløste NaCl, med formlen for H₂O over reaktionspilen, for at indikere, at vand er nødvendig for dissociationsprocessen, men det er ikke en reaktant.

${NaCl}_{(s)} \overset{H_{2} O}{\to} {Na}_{(aq)}^{+} + {Cl}_{(aq)}^{-}$

I et andet eksempel, kan vi se at et polært molekyle som for eksempel metanol, CH₃—OH, er opløseligt i vand, fordi metanol har en polær —OH gruppe, der danner hydrogenbindinger med vand (se figur 12.4). Polære stoffer, kræver polære opløsningsmidler, før en opløsning kan blive dannet.

**Figur 12.4** – Molekyler af den polære molekylære forbindelse metanol, CH3—OH, danner hydrogenbindinger med polære vandmolekyler, og danner en metanol—vand opløsning.

Opløsninger med upolære stoffer

Forbindelser der indeholder upolære molekyler, som for eksempel iod (I₂), olie, eller fedt, kan ikke opløses i vand, fordi der er en lille eller slet ingen tiltrækning mellem partiklerne i det upolære stof og det polære opløsningsmiddel.

Konceptforståelse 12.1

Polære og upolære opløste stoffer

Angiv, om hver af de følgende stoffer, vil danne en opløsning med vand? Forklar hvorfor/hvorfor ikke.

a. KCl_(s)
b. hexan, CH₃—CH₂—CH₂—CH₂—CH₂—CH₃
c. ethanol, CH₃—CH₂—OH

Svar

a. Ja. KCl er en ionforbindelse. Opløst stof—opløsningsmiddel tiltrækningen mellem ionerne K⁺ og Cl^– og det polære opløsningsmiddel vand, leverer energien til at bryde opløsningsmiddel—opløsningsmiddel og opløst stof—opløst stof bindingerne. Derfor vil der dannes en opløsning af KCl.

b. Nej. Hexan er et upolært stof, hvilket betyder, at det ikke danner opløsninger med de polære vandmolekyler. Der er ikke nogen tiltrækning mellem et upolært stof og et polært opløsningsmiddel. Derfor, vil der ikke dannes en opløsning.

c. Ethanol, er med dets —OH gruppe, et polært stof. Fordi tiltrækningen mellem det oplære opløste stof og det polære opløsningsmiddel vand, leverer energien til at bryde opløsningsmiddel—opløsningsmiddel og opløst stof—opløst stof bindingerne, vil ethanol danne en opløsning med vand.

12.2 – Elektrolytter og ikke-elektrolytter →