9.1: mengsels en oplossingen

een oplossing is een andere naam voor een homogeen mengsel. Een mengsel als materiaal dat uit twee of meer stoffen bestaat. In een oplossing is de combinatie zo intiem dat de verschillende stoffen niet door zicht kunnen worden onderscheiden, zelfs niet met een microscoop. Vergelijk bijvoorbeeld een mengsel van zout en peper en een ander mengsel bestaande uit zout en water. In het eerste mengsel kunnen we gemakkelijk individuele zoutkorrels en de peper vlekjes zien. Een mengsel van zout en peper is geen oplossing. In het tweede mengsel kunnen we echter, hoe zorgvuldig we ook kijken, geen twee verschillende stoffen zien. Zout opgelost in water is een oplossing.

het hoofdbestanddeel van een oplossing, het oplosmiddel genoemd, is typisch dezelfde fase als de oplossing zelf. Elke kleine component van een oplossing (en er kunnen er meer dan één zijn) wordt de opgeloste stof genoemd. In de meeste van de oplossingen die we in dit handboek zullen beschrijven, zal er geen onduidelijkheid zijn over de vraag of een component het oplosmiddel of de opgeloste stof is. Bijvoorbeeld, in een oplossing van zout in water, de opgeloste stof is zout, en oplosmiddel is water.

oplossingen komen in alle fasen voor, en het oplosmiddel en de opgeloste stof hoeven niet in dezelfde fase te zijn om een oplossing te vormen (zoals zout en water). Lucht is bijvoorbeeld een gasvormige oplossing van ongeveer 80% stikstof en ongeveer 20% zuurstof, waarbij sommige andere gassen in veel kleinere hoeveelheden aanwezig zijn. Een legering is een vaste oplossing bestaande uit een metaal (zoals ijzer) met een aantal andere metalen of niet-metalen opgelost in het. Staal, een legering van ijzer en koolstof en kleine hoeveelheden andere metalen, is een voorbeeld van een vaste oplossing. Tabel \(\Paginindex{1}\) geeft een overzicht van enkele veelvoorkomende soorten oplossingen, met voorbeelden van elk.

Wat veroorzaakt een oplossing? Het eenvoudige antwoord is dat het oplosmiddel en de opgeloste stof soortgelijke intermoleculaire interacties moeten hebben. Wanneer dit het geval is, kunnen de afzonderlijke deeltjes van oplosmiddel en opgeloste stof gemakkelijk zo intiem mengen dat elk deeltje van opgeloste stof wordt omringd door deeltjes van opgeloste stof, die een oplossing vormen. Echter, als twee stoffen zeer verschillende intermoleculaire interacties hebben, zijn grote hoeveelheden energie nodig om hun individuele deeltjes te dwingen om intiem te mengen, zodat er geen oplossing ontstaat. Dus twee alkanen zoals n-heptaan, C7H16, en n-hexaan, C6H14, zijn volledig mengbaar in alle verhoudingen. De molecules C7H16 en C6H14 zijn zo gelijkaardig (terugroep sectie 4.6) dat er slechts verwaarloosbare verschillen in intermoleculaire krachten zijn.

om dezelfde reden is methanol, CH3OH, volledig mengbaar met water. In dit geval zijn beide moleculen polair en kunnen waterstofbanden onderling vormen, en zo zijn er sterke intermoleculaire aantrekkingen binnen elke vloeistof. Nochtans, kunnen de dipolen van CH3OH met H2O dipolen, en de molecules van CH3OH waterstof aan H2o molecules verbinden, en zo zijn de aantrekkelijkheden onder in tegenstelling molecules in de oplossing gelijkaardig aan die onder zoals molecules in elke zuivere vloeistof.

dit proces leidt tot een simpele vuistregel: like lost like op. Oplosmiddelen die zeer polair zijn, lossen opgeloste stoffen op die zeer polair of zelfs ionisch zijn. Niet-polaire oplosmiddelen lossen niet-polaire oplossingen op. Dus water, polair, is een goed oplosmiddel voor ionische verbindingen en polaire opgeloste stoffen zoals ethanol (C2H5OH). Water lost echter geen niet-polaire opgeloste stoffen op, zoals veel oliën en vetten (figuur \(\Paginindex{1}\)).

we gebruiken het woord oplosbaar om een opgeloste stof te beschrijven die oplost in een bepaald oplosmiddel, en het woord onoplosbaar voor een opgeloste stof die niet oplost in een oplosmiddel. Zo zeggen we dat natriumchloride oplosbaar is in water maar onoplosbaar in hexaan (C6H14). Als de opgeloste stof en het oplosmiddel zowel vloeibaar als oplosbaar zijn in elke verhouding, gebruiken we het woord mengbaar, en het woord niet mengbaar als ze dat niet zijn.

oefening \(\Paginindex{2}\)

zou I2 beter oplosbaar zijn in CCl4 of H2O?

antwoord

I2 is niet-polair. Van de twee oplosmiddelen is CCl4 niet-polair en H2o polair, dus I2 zou naar verwachting beter oplosbaar zijn in CCl4.