Waterige oplossing

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Een waterige oplossing is een oplossing waarbij water het oplosmiddel is. Omdat water in de natuur ruimschoots voorhanden is en een uitstekend oplosmiddel is, is het verreweg het meest voorkomende oplosmiddel.

De aanduiding (aq) achter de molecuulformule van een stof geeft aan dat een bepaald deeltje zich in een waterige oplossing bevindt en dus gehydrateerd voorkomt. De aanduiding is een afkorting van het Latijnse woord aqua (water). Vooral in die gevallen waarin naar de exacte energie-balans van reacties gekeken wordt, is het belangrijk aan te geven in welke toestand een product of reactant van de reactie voorkomt. Als het deeltje in een waterige oplossing voorkomt wil dat bijvoorbeeld zeggen dat de hydratatie-enthalpie is vrijgekomen.

Oplosbaarheid in water[bewerken]

Algemeen concept[bewerken]

Of een stof goed oplosbaar is in water hangt af van hoe goed de stof in staat is de sterke aantrekkingskracht tussen watermoleculen (sterke dipoolmoleculen) onderling te doorbreken. Vooral de verbreking van de sterke waterstofbruggen vereist veel energie. Daarnaast spelen de elektrische eigenschappen van de op te lossen moleculen ook een belangrijke rol. Op microscopische niveau zijn het dipoolmoment en de polariseerbaarheid een doorslaggevende factor voor de oplosbaarheid. Moleculen met een groot netto dipoolmoment (zoals waterstofchloride, ammoniak, dichloormethaan en methanol) kunnen vlot interageren met de watermoleculen, zodat stabiele interacties ontstaan. Door deze interactie wordt de elektrostatische potentiële energie van het deeltje verlaagd. Dit effect wordt het solvatatie-effect genoemd (in het geval van water ook het hydratatie-effect genoemd).

Ionen zijn meestal goed oplosbaar in water omdat zij formele ladingen dragen, maar er zijn uitzonderingen. Een zout dat niet in water oplost zal in waterige oplossing neerslaan. Voor niet-zouten hangt de oplosbaarheid vaak af van het aanwezig zijn van voldoende polaire groepen in de structuur. Zo lossen koolwaterstoffen slecht op in water, terwijl suikers of alcoholen en carbonzuren met korte ketens goed oplossen in of mengbaar zijn met water.

Stoffen die niet goed oplossen in water worden hydrofoob genoemd, stoffen die goed oplossen hydrofiel. Een voorbeeld van een hydrofiele stof is natriumchloride (keukenzout). Zuren en basen worden vaak als waterige oplossing in de handel gebracht. In het chemische spraakgebruik wordt er onderscheid gemaakt tussen de waterige oplossing van een stof en het zuur of de base zelf. Zo wordt een waterige oplossing van waterstofchloride aangeduid als zoutzuur.

Solvatatieschil[bewerken]

De primaire solvatatieschil van een natrium-ion dat is opgelost in water.

De structuur van gesolvateerde ionen is relatief complex. De oplosmiddelmoleculen het dichtst rond het ion vormen de primaire solvatatieschil. Ten gevolge van de kleine afstand zijn de ion-dipoolinteracties in deze schil sterk en is de omringing stabiel: ze wordt niet beïnvloed door de thermische beweging van ionen. Tijdens de verplaatsing van het ion beweegt de primaire schil mee. De straal van dit gesolvateerd ion wordt de Stokes-straal genoemd. In de secundaire solvatatieschil zijn de interacties zwakker. De verstoring van de oplosmiddelstructuur wordt kleiner met toenemende afstand van het ion en stijgende temperatuur. Solvatatie gaat dus gepaard met een substantiële herrangschikking van de solventstructuur: de primaire structuur wordt doorbroken op de plaats waar het ion is gelokaliseerd en de moleculen worden geheroriënteerd binnen een bepaald volume rond het ion.

Algemeen zal rond elk type ion een verschillend aantal watermoleculen aanwezig zijn: dit getal wordt het hydratatiegetal genoemd. De waarde ervan varieert tussen 0 en 15. In het algemeen neemt het hydratatiegetal toe met afnemende straal van het niet-gesolvateerde ion (vergelijk Na+ met een hydratatiegetal van ongeveer 7 en Cs+ met een hydratatiegetal van 1 à 2), met als gevolg dat de (effectieve) afmetingen van verschillende gehydrateerde ionen ongeveer gelijk zijn. Meestal is het solvatatiegetal van kationen (die relatief klein zijn) groter dan deze van anionen. Voor grote kationen (bijvoorbeeld quaternaire ammoniumionen) is het hydratatiegetal nul.

Oplosbaarheid van zouten in water[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie oplosbaarheid van zouten in water en oplosbaarheidstabel voor de hoofdartikelen over dit onderwerp.

Over het algemeen geldt:

Voorbeelden[bewerken]

Onderstaande tabel geeft enkele aanduidingen van opgeloste stoffen en de triviale namen van de overeenkomstige oplossingen:

Opgeloste stof Triviale naam
ammoniak ammonia
bariumhydroxide barietwater
calciumhydroxide kalkwater
dibroom broomwater
dichloor chloorwater
kaliumhydroxide kaliloog
natriumhydroxide natronloog
waterstofbromide broomwaterstofzuur
waterstofchloride zoutzuur
waterstoffluoride fluorwaterstofzuur

Zie ook[bewerken]

Bronnen
  1. (en) Bettelheim, F.A., 2007: Introduction to General, Organic and Biochemistry
  • (en) S.S. Zumdahl; 1997: Chemistry, Houghton Mifflin Company (4e druk), pp. 133-145