Atomaire oorzaak van oplosbaarheid

[Mooneh]

Ik vroeg me af welke eigenschappen van elementen (straal, effectieve kernlading, ionisatie energie, elektronaffiniteit, ...)

en de bindingen tussen deze elementen ervoor zorgen dat een molecule goed oplost in een bepaald solvent.

Wat gebeurd er eigenlijk bij het oplossen van een stof op atomair niveau?

[Raspoetin]

Ikk denk dat je op wikipedia al een heel stuk vooruit wordt geholpen: http://nl.wikipedia.org/wiki/Oplosbaarheid

[Mooneh]

Dat oplossen een dynamisch evenwicht is en dat polaire stoffen beter oplossen in polaire solventen wist ik al.

Wat ik niet weet is waarom het dan beter oplost.

Worden er dan nieuwe oriëntatie-krachten met water (als meest gebruikte oplosmiddel) gevormd?

[Marko]

Oriëntatiekrachten bestaan niet. Of stof A en B mengen hangt af van de sterkte waarmee een molecuul A aan andere moleculen A trekt, molecuul B aan andere moleculen B trekt en hoe sterk moleculen A aan moleculen B trekt (en omgekeerd).

Laten we 3 voorbeelden nemen:

1. Moleculen A trekken sterk aan moleculen A en moleculen B trekken sterk aan moleculen B. Verder trekken moleculen A ongeveer net zo sterk aan A als aan moleculen B (en omgekeerd).

2. Moleculen A trekken zwak aan moleculen A. Moleculen B trekken zwak aan andere moleculen B. A trekt net ongeveer net zo zwak aan andere A als aan moleculen B.

3. Moleculen A trekken sterk aan elkaar, moleculen B trekken zwak aan elkaar.

Bij 1. Omdat alle interacties ongeveer even sterk zijn is er dus een ongeveer even grote kans om een molecuul A bij een molecuul A er er is om die bij een molecuul B aan te treffen. Het resultaat: een allegaartje waarin alle moleculen kriskras door elkaar zitten - oftewel een mengsel.

Bij 2: Is precies hetzelfde als 1 alleen is de aantrekking zwak in plaats van sterk. Er ontstaat dus ook een mengsel, alleen zullen alle moleculen wat minder sterk aan elkaar trekken. In macroscopische termen: Het kookpunt is lager.

Bij 3: Als A graag aan andere moleculen A gaat zitten, maar in verhouding minder graag aan moleculen B, dan zul je dus waarschijnlijk een hele hoop moleculen A bij elkaar vinden, zonder dat er een molecuul B tussenkomt. Het resultaat is dat je een hoop B-moleculen overhoudt die als gevolg ook maar bij elkaar gaan zitten. Het resultaat is geen mengsel, maar fasescheiding.

De 3 voorbeelden zijn natuurlijk niet voor niets gekozen. De interacties tussen polaire moleculen zijn sterk, de interacties tussen apolaire moleculen zijn zwak. Voorbeeld 1 geeft dus aan waarom polaire stoffen onderling mengen, voorbeeld 2 waarom apolaire stoffen onderling mengen. De oorzaak dat de interacties tussen polaire stoffen sterk zijn zit in de aantrekking tussen positieve en negatieve ladingen die in de moleculen voorkomen. Die ladingen zijn grotendeels afwezig in apolaire moleculen, en daardoor is de aantrekking tussen apolaire moleculen een stuk kleiner.

Dat laatste is ook de oorzaak van de zwakke interactie tussen polaire en apolaire moleculen onderling. Er zitten geen positieve en negatieve ladingen op apolaire moleculen, en er kan dus ook geen sterke interactie zijn met polaire moleculen. De aantrekking tussen een polair molecuul en een apolair molecuul is dus in verhouding zwak ten opzichte van die tussen 2 polaire moleculen. In zo'n geval hebben we dus te maken met voorbeeld 3.

[Mooneh]

Ok, dat helpt al heel wat.

Wanneer zou je nu kunnen zeggen dat een bepaalde polaire stof beter in water oplost dan een andere polaire stof?

Als de sterkte van de intermoleculaire aantrekking dichter bij deze van water moleculen ligt?

Bij de vergelijking van 2 zeer ionische moleculen is de zwakste dan best oplosbaar in water omdat de aantrekking zich verhoudt: water < zwakste < sterkste.

Ook uw eerste zin kwam nogal als een shock. Er zouden dus geen oriëntatiekrachten of keesomkrachten bestaan of is de benaming gewoon verkeerd?

[Marko]

Ok, dat helpt al heel wat.

Wanneer zou je nu kunnen zeggen dat een bepaalde polaire stof beter in water oplost dan een andere polaire stof?

Als de sterkte van de intermoleculaire aantrekking dichter bij deze van water moleculen ligt?

Ja, maar houd daarbij in de gaten dat "aantrekking" hier een heel algemene term is. Het is de optelling van een heel scala aan effecten, dipoolmoment, grootte van het molecuul, mogelijkheid tot de vorming van waterstofbrug-interacties, etc.

Verder is niet zozeer de aantrekking met water belangrijk, maar de aantrekking met water in verhouding tot de aantrekking van watermoleculen onderling en die van de moleculen van de polaire stof onderling. Het is altijd een samenspel van (minstens) 3 van dit soort aantrekkingen.

Bij de vergelijking van 2 zeer ionische moleculen is de zwakste dan best oplosbaar in water omdat de aantrekking zich verhoudt: water < zwakste < sterkste.

Daar valt, gezien de bovenstaande paragraaf, niets over te zeggen.

Ook uw eerste zin kwam nogal als een shock. Er zouden dus geen oriëntatiekrachten of keesomkrachten bestaan of is de benaming gewoon verkeerd?

Dat laatste. Keesomkrachten (dipool-dipoolinteracties) bestaan wel degelijk, maar niemand noemt ze oriëntatiekrachten (Google levert 1 hit, tegen 4 hits (alle niet-chemisch van aard) voor "oriëntatiekracht".

Maar het gaat dus beslist niet alleen om Keesomkrachten. Alle soorten intermoleculaire interacties spelen een rol. De mate waarin ze een rol spelen verschilt per stof, en dus ook per mengsel dat je bekijkt. Allerlei op het oog kleine details kunnen daarbij een rol spelen.

Dat is de reden dat er niet veel meer algemene regels zijn te geven dan "like dissolves like".