A víz oldószer tulajdonságai

Ettél már valaha citromot? A fanyar íze miatt valószínűbb, hogy régi jó szokás szerint inkább limonádét készítettél belőle, amibe jó sok cukrot tettél. Amikor a cukrot belerakod a limonádéba (vagy bármilyen vízalapú italba pl. teába) és látod, ahogy feloldódik benne, akkor a víz oldószer tulajdonságait figyelheted meg. Az oldószer olyan anyag, amelyben más molekulák, vagy vegyületek feloldódnak, ezeket oldott anyagnak nevezzük. Az oldószer és az oldott anyag homogén elegye az oldat. Az élethez kapcsolódó kémiai folyamatok közül sok vizes oldatban játszódik le.

A polaritása és hidrogénkötések kialakítására való hajlama kiváló oldószerré teszi a vizet, ami azt jelenti, hogy sokféle molekulát képes feloldani. Az élet szempontjából fontos kémiai reakciók többsége a sejtek belsejében, vizes közegben játszódik le. A víz azon képessége, hogy sokféle molekula feloldására képes, kulcsfontosságú ezen reakciók szempontjából.

A vizet „univerzális oldószerként” is emlegetik, köszönhetően annak, hogy az anyagok széles körét képes feloldani. Ez ez elnevezés azonban nem teljesen pontos, hiszen vannak olyan anyagok (például az olajok), amelyek nem oldódnak jól vízben. Általában véve úgy mondhatjuk, hogy a víz jól oldja az ionokat és a poláris molekulákat, de nem oldja jól az apoláris molekulákat. (A poláris molekulák semlegesek, nincsen töltésük, de az egyenlőtlen belső töltéseloszlásuk miatt részlegesen pozitív és részlegesen negatív részletek alakulnak ki bennük.)

A víz a saját molekuláinak polaritása miatt lép másképpen kölcsönhatásba a töltéssel rendelkező és a poláris anyagokkal, mint az apoláris anyagokkal. A vízmolekulák polárisak, a hidrogénatomokon részlegesen pozitív, az oxigénatomon részlegesen negatív töltéseik vannak, a molekula pedig V alakban hajlott. A vízmolekula egyenlőtlen töltéseloszlása az oxigén nagyobb elektronegativitását vagy elektronéhségét tükrözi a hidrogénhez képest: az O-H kötést alkotó közös elektronok több időt töltenek az O-atom közelében, mint a H-atomok körül. Az alábbi képen a vízmolekula részlegesen pozitív és részlegesen negatív töltéseit δ$^+,$start superscript, plus, end superscript, comma illetve δ$^-$start superscript, minus, end superscript jelzés jelöli.

A polaritása miatt a víz képes arra, hogy elektrosztatikus (töltéseken alapuló) kölcsönhatásokba lépjen más poláris molekulákkal, illetve ionokkal. A pozitív és negatív töltések között fellépő vonzóerő miatt a poláris molekulák, illetve az ionok kapcsolatba lépnek a vízmolekulák részlegesen pozitív és részlegesen negatív végeivel (akárcsak a mágnesek + és - pólusai). Amikor az oldott anyag molekuláihoz képest jóval több vízmolekula van jelen (például vizes oldatokban), ezek a kölcsönhatások vízmolekulákból álló háromdimenziós gömbök, azaz hidrátburkok kialakulásához vezetnek az oldott anyag részecskéi körül. A hidrátburok révén a részecskék egyenletesen tudnak szétoszlani a vízben.

Hogyan vezet az oldódáshoz a hidrátburok kialakulása? Példaként gondoljuk végig, mi történik egy ionos vegyülettel, mint például a konyhasóval (NaCl), amikor vízbe tesszük.

Ha a konyhasót vízben elkeverjük, a NaCl kristályrácsa Na$^+$start superscript, plus, end superscript- és Cl$^-$start superscript, minus, end superscript-ionokra disszociál. (A disszociáció annak a folyamatnak a neve, amikor egy vegyület vagy molekula ionokra esik szét.) A vízmolekulák hidrátburkokat alakítanak ki az ionok körül: a pozitív töltésű Na$^+$start superscript, plus, end superscript-ionokat a vízmolekulák az oxigén felőli végükön kialakult részlegesen negatív töltésekkel veszik körül, míg a negatív töltésű Cl$^-$start superscript, minus, end superscript-ionokat a hidrogének felől kialakult részlegesen pozitív töltések veszik körül. A folyamat során az asztali só kristályainak valamennyi ionja körül vízburok alakul ki, és szétoszlanak az oldatban.

Az apoláris molekulák, mint például a zsírok és az olajok, nem lépnek kölcsönhatásba a vízzel és nem alakítanak ki hidrátburkot. Ezekben a molekulákban nem alakulnak ki részlegesen pozitív vagy részlegesen negatív területek, így nem lép fel elektrosztatikus vonzás közöttük és a vízmolekulák között. Így ahelyett, hogy feloldódnának, az apoláris anyagok (mint például az olajok) rétegeket vagy cseppeket alkotva különülnek el, amikor vízbe tesszük őket.