Ջրի լուծիչ հատկությունները

Երբևէ կյանքում լիմոններ ստացե՞լ ես։ Եթե այո՛, ապա անկասկած հետևել ես հին ավանդույթին ու լիմոնադ ես պատրաստել, իհարկե, բավականաչափ շաքար օգտագործելով։ Եթե շաքարավազը խառնել ես լիմոնադի (կամ թեյի, կամ էլ ջրային հիմքով ցանկացած այլ ըմպելիքի) մեջ և տեսել ես, թե ինչպես է այն լուծվում, ապա դու արդեն ծանոթ ես ջրի լուծիչ հատկություններին։ Լուծիչը նյութ է, որը կարողանում է իր մեջ լուծել տարբեր մոլեկուլներ ու միացություններ, որոնք կոչվում են լուծվողներ: Լուծիչի և լուծվողի համասեռ խառնուրդը կոչվում է լուծույթ, իսկ կենսական քիմիայի մեծ մասը տեղի է ունենում ջրային լուծույթներում կամ այնպիսի լուծույթներում, որոնցում որպես լուծիչ հանդես է գալիս ջուրը։

Բևեռայնության ու ջրածնական կապեր առաջացնելու հատկության շնորհիվ ջուրը համարվում է իդեալական լուծիչ, ինչը նշանակում է, որ այն կարողանում է տարբեր տեսակի մոլեկուլներ լուծել իր մեջ։ Կենսական նշանակություն ունեցող քիմիական ռեակցիաների մեծ մասը տեղի է ունենում բջջի ներքին՝ ջրային միջավայրում, իսկ ջրի՝ բազմազան մոլեկուլներ լուծելու հատկությունը թույլ է տալիս, որ այդ քիմիական ռեակցիաները տեղի ունենան։

Մեծ քանակով նյութեր լուծելու հատկության շնորհիվ ջուրը երբեմն անվանում են «համընդհանուր լուծիչ»։ Թերևս այս անունն այնքան էլ ճիշտ չէ, քանի որ կան որոշ նյութեր (օրինակ՝ ճարպերը), որոնք ջրի մեջ լավ չեն լուծվում։ Ընդհանուր առմամբ ջուրը լավ է կատարում իր դերը իոններ և բևեռային մոլեկուլներ լուծելիս, բայց դժվարանում է իր մեջ լուծել ոչ բևեռային մոլեկուլներ։ (Բևեռային մոլեկուլը չլիցքավորված նեյտրալ մոլեկուլ է, որը, չնայած դրան, ունի լիցքի ոչ համաչափ ներքին բաշխում, ինչը հանգեցնում է կա՛մ մասնակի դրական, կա՛մ մասնակի բացասական հատվածների առաջացմանը)։

Ջուրը փոխազդում է լիցքավորված և բևեռային նյութերի հետ այլ կերպ, քան ոչ բևեռային նյութերի հետ. պատճառը հենց իր՝ ջրի մոլեկուլի բևեռային լինելն է։ Ջրի մոլեկուլները բևեռային են՝ ջրածնի մասնակի դրական լիցքերով և թթվածնի մասնակի բացասական լիցքերով, և ընդհանուր ճկված կառուցվածքով։ Ջրի մոլեկուլում լիցքի անհավասար բաշխումը պայմանավորված է թթվածնի ավելի մեծ էլեկտրաբացասականությամբ, «էլեկտրոնի ագահությամբ»՝ ջրածնի հետ համեմատած։ О-H կապից բաժանված էլեկտրոններն ավելի շատ ժամանակ են անցկացնում թթվածնի ատոմի հետ, քան ջրածնի հետ։ Ստորև բերված նկարում ջրի մոլեկուլի մասնակի դրական ու մասնակի բացասական լիցքերը նշված են համապատասխանաբար δ$^+$start superscript, plus, end superscript և δ$^-$start superscript, minus, end superscript նշաններով։

Իր բևեռայնության շնորհիվ ջուրը կարողանում է էլեկտոստատիկ փոխազդեցություններ (լիցքով պայմանավորված կապեր) ունենալ ուրիշ բևեռային մոլեկուլների և իոնների հետ։ Վերջիններս փոխազդում են ջրի մասնակիորեն բացասական ու դրական հատվածների հետ՝ դրական լիցքերով ձգելով բացասական լիցքերին (ինչպես աշխատում են մագնիսի վրայի + և - բևեռները)։ Երբ ջրի մոլեկուլները լուծվող նյութի մոլեկուլներից շատ են, ինչպես ջրային լուծույթներում, այդպիսի փոխազդեցությունները հանգեցնում են ջրի մոլեկուլների եռաչափ գնդի կամ լուծվող նյութի շուրջը հիդրատացման շերտի առաջացմանը։ Հիդրատացման շերտերը թույլ են տալիս մասնիկներին հավասարապես տարածվել ջրում։

Ինչպե՞ս է հիդրատացման շերտի առաջացումը դառնում լուծվող նյութի լուծման պատճառ։ Որպես օրինակ դիտարկենք, թե ինչ է պատահում մի իոնական միացության, օրինակ՝ NaCl-ի կամ կերակրի աղի հետ, երբ այն ավելացվում է ջրին։

Եթե ջրի մեջ կերակրի աղ ավելացնես, ապա NaCl-ի բյուրեղավանդակը կսկսի դիսոցվել Na$^+$start superscript, plus, end superscript և Cl$^-$start superscript, minus, end superscript իոնների։ (Դիսոցում անունը տրվել է այն գործընթացին, որի ընթացքում նյութը կամ միացությունը քայքայվում է՝ առաջացնելով իոններ)։ Ջրի մոլեկուլները հիդրատացման շերտեր են առաջացնում իոնների շուրջը։ Դրա հետևանքով դրականորեն լիցքավորված Na$^+$start superscript, plus, end superscript-ի իոնները շրջապատվում են ջրի միջի թթվածնի մասնակի բացասական լիցքերով, իսկ բացասականորեն լիցքավորված Cl$^-$start superscript, minus, end superscriptի իոններին շրջապատում են ջրածնի մասնակի դրական լիցքերը։ Այս պրոցեսի ընթացքում կերակրի աղի բյուրեղավանդակի բոլոր իոնները շրջապատվում են հիդրատացման շերտերով, և, ի վերջո, ստացվում է լուծույթ։

Ոչ բևեռային մոլեկուլները, ինչպիսինք են ճարպերը, չեն փոխազդում ջրի հետ կամ առաջացնում են հիդրատացման շերտեր։ Այդ մոլեկուլները չունեն մասնակի դրական կամ բացասական լիցքավորված հատվածներ, այդ պատճառով դրանք էլեկտրականորեն չեն ձգվում ջրի մոլեկուլների կողմից։ Արդյունքում՝ լուծվելու փոխարեն ոչ բևեռային նյութերը (ինչպես ճարպերը) մնում են առանձնացված և առաջացնում են թաղանթներ կամ կաթիլներ, երբ ավելացվում են ջրին։