A víz öndisszociációja

Itt van két vízmolekula. A vízmolekulák jellemzően a kölcsönhatásuk során ilyen hidrogénkötéseket létesítenek, ami a vízmolekulák polaritása miatt alakul ki. Sokat beszéltünk róla, elsiklanak egymás mellett, ezek a hidrogénkötések adják a víz sokszínű tulajdonságait. A kémia azonban sokkal kevésbé egyértelmű, mint ahogy az ábrák és magyarázatok mutatják. Mindenféle őrült kölcsönhatás van. Mindezek egymásnak ütköznek mindenféle módokon. Nem csak a molekulák ütköznek különféle módokon, de minden egyes pillanatban az elektronok ide-oda cikáznak, és átlagosan több időt tölthetnek az oxigén körül, parciális negatív töltést alakítva ki azon a részen, és parciális pozitív töltést a hidrogénekhez közel, mivel a hidrogének elektronjai távolabb kerülnek. Valójában ez alakítja ki a hidrogénkötést. De folyamatos ott a változás. Mivel mind ide-oda cikáznak, ez mind véletlenszerű. El tudod képzelni, hogy megfelelő körülmények között, egy oxigén vagy egy vízmolekula megfelelően ér hozzá ehhez a vízmolekulához, így ezek az elektronok elég közel kerülnek ahhoz, hogy elcsípjék ezt a hidrogént. De nem az egész hidrogént kapja el. Nem kapja el a magot és az elektront. Egy tipikus hidrogénatom, hadd rajzoljam le. A tipikus hidrogénatom atommagja csak egy proton, csak egy proton van az atommagban. Ténylegesen a hidrogén leggyakoribb izotópjában nincs neutron, csak proton van az atommagban. És egy elektron kering körülötte. Tehát ez itt pozitív. Most inkább így rajzolom le, itt van egy pozitív proton, és egy negatív elektron kering körülötte. Valójában ez több, mint egy atompálya. Valójában ez az elektron ugrándozik körülöttük. De el tudod képzelni, ezek az elektronokat ebben a kovalens kötésben, elcsípi az oxigén. Valójában ezért alakul ki a parciális negatív töltés itt, és a parciális pozitív töltés itt. Tehát ezeket a parciális pozitív töltés vonzza. Ne feledd, hogy itt van a parciális negatív töltés, valójában emiatt alakul ki a hidrogénkötés. Ez valójában a hidrogén protonjához kapcsolódhatna, míg ezt a két elektront, beleértve azt, ami a hidrogéné volt, vagy amit úgy tekinthetünk, hogy a hidrogén része, ezeket az oxigén magához vette. Ilyen körülmények között – nem mondom, hogy mindig ez történik, de megfelelő körülmények között ez megtörténhet, és azt eredményezheti, hogy ez itt, ahelyett, hogy csak egy semleges vízmolekula lenne, így néz ki. Van az oxigén, nem csak a két hidrogén van most, most van egy harmadik hidrogén. Van ez a két kovalens kötés, ez a nemkötő elektronpár. Most ez a nemkötő elektronpár, amit kékkel bekarikáztam, ezzel a hidrogénionnal osztozik. A hidrogénnek ezt az elektronját magához vette az oxigén. Tehát új kovalens kötés alakult ki. Ez a vízmolekula pedig elveszítette a hidrogénjét, bár megtartotta az összes elektront. Tehát ez így néz ki. Van az oxigén, és most csak egy hidrogénhez kapcsolódik. Van ez a két eredeti, nemkötő elektronpárja. Ez a két eredeti nemkötő elektronpár itt. És magához vette mindkét elektront ebből a kovalens kötésből. A kovalens kötés mindkét elektronját elvette. Így van még egy nemkötő pár. Ez a molekula csak egy protont kapott elektronok nélkül. Így itt ennek összességében pozitív töltése van. Ez a molekula – hadd írjam le egy kicsit jobban – ennek a molekulának itt, – tehát van ez a molekula és ez. Ez elveszített egy protont, más változás nincs, így ennek negatív töltése van. Két semleges vízmolekulából kiindulva két ionhoz jutottunk. Ezek az ionok, ez itt balra, ami H₃O, és pozitív töltése van. Az O-t másik színnel írom. H₃O Pozitív töltése van. Oxóniumionnak nevezzük. Ez itt OH negatív. Ez tehát OH, hadd szerezzem meg a megfelelő színt. OH negatív. Ezt nevezzük hidroxidionnak, vagy mivel ez negatív, nevezhetjük egyszerűen „anionnak”. Csak hidroxidot írok, itt van a hidroxidion. Tehát van ez a víz, és megfelelő körülmények között úgymond spontán... nem gyakran, de megfelelő körülmények között, egy vízmolekula elkaphatja egy másik vízmolekula hidrogénjét. Az a vízmolekula megtartja mindkét elektront, és mindketten ionná válnak. Ezt a jelenséget a víz öndisszociációjának nevezzük. Hadd írjam le, szép szó. Öndisszociáció. A víz öndisszociációja. Szeretném tényleg egyértelműen bemutatni, mi történik. Ennek a hidrogénnek láthatod, hogy először volt egy protonja és egy elektronja. A hidrogén jellemző izotópjában nincs neutron. De ez az elektron kötést létesített. Ez az elektron és ez az elektron ezt a kötést alkották, ez felbomlik, itt csak a proton maradt, és ez a proton ehhez a másik vízmolekulához kerül, így az pozitív töltésű lesz. És kérdezhetnéd, hogy mennyire gyakori az oxóniumion a vízben. A koncentrációja... Hadd rajzoljak le ide egy kis edényben vizet, mondjuk azt, hogy ez egy liter víz. Egy liter víz. Az oxóniumionok koncentrációja a normál vízben, a H három O pozitív koncentrációja normál vízben... a szögletes zárójel azt jelenti, hogy annak a koncentrációja, ez 1-szer 10 a mínusz 7. -en mólos. A mólos (M) azt jelenti, hogy mól per liter. [Magyarul mol/L helyett mol/dm³-t használunk]. Ez megegyezik 1-szer 10 a mínusz 7.-en mól per literrel. Most talán az kérdezed: – Mi a mól? Arra bíztatlak, hogy nézd meg a videót arról, hogy mi a mól, de a mól egy mennyiség. Olyan mint a „tucat”. Csak ez sokkal nagyobb, a tucat, az 12 valamiből. A mól körülbelül, hadd írjam le... A mól hozzávetőlegesen 6,022-szer 10 a 23.-on. 10 a 23.-on valamiből. Jellemzően molekulákról van szó. Egy mól anyag hozzávetőlegesen 6,022-szer 10 a 23.-on molekula abból az anyagból. Mondhatnád, hogy 1-szer 10 a mínusz 7.-en szorozva 6,022-szer 10 a 23.-on, az, nézzük csak... Hadd írjam le. 1-szer 10 a mínusz 7.-en mol/L szorozva... Így csinálom inkább. Szorozva 6-tal. Csak 6-tal szorzom, mert csak közelítőleg számolunk. Tehát kb. 6-szor 10 a 23.-on. 6-szor 23-on molekula per mól. Molekula per mól, ezek kiesnek. összeszoruzzuk ezt a két számot, azt kapjuk, hogy 6-szor... nézzük csak... 10 a mínusz 7.-en szorozva 10 a 23.-onnal, az 10 a 16.-on molekula per liter lesz. Az első reakciónk erre: – Atyám, 6-szor vagyis kb. 6-szor 10 a 16.-on oxóniumion van benne? Ez rengeteg, ezeket mindig látnunk kellene! De ne felejtsük el, rengeteg vízmolekula is van a vízben. Valójában 1 liter víz kb. ... tehát 1 liter H₂O tartalmaz kb. 56 mól H₂O-t. Tehát az egyik lehetőség, hogy 1-szer... ha 1 liter vízre gondolok, – itt csinálom –, 1-szer 10 a mínusz 7.-en mól H₃O⁺ jut 56 mól H₂O-ra. Ha megnézed ezt az arányt, akkor megérted. Az arányuk 1-szer 10 a mínusz 7.-en az 56-hoz. Hadd írjam ide. Ez egyenlő, 1-szer 10 a mínusz 7.-en az 56-hoz, ez egyenlő... szorozzuk össze mindkettőt, a számlálót és a nevezőt, szorozva 10 a 7.-en. Összeszorozva ez megegyezik... Az oxóniumionok aránya a normál vízzel, a H₂O-hoz viszonyítva... ha megszorozzuk az 56-ot 10 a mínusz 7.-ennel, az 5..., hadd írjam más színnel. Az 56, utána elhagyom a 7 nullát a végéről. Hadd csináljam meg. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Tehát az oxóniumionok aránya a normál H₂O-hoz, 1 az 560 millióhoz. Tehát még ha azt is mondanád, hogy – Ó, nézd, óriási számú oxóniumion van ebben a liter vízben! – mindegyikre jut kb. 560 millió H₂O-molekula. Ez talán érzékelteti... hogy ez nem jellemző. Valójában sokkal gyakrabban látjuk ezt, mint ezt. Ha meg szeretnénk mutatni ezekkel a nyilakkal, hogy az egyensúly melyik irányba áll be, ez valójában sokkal inkább balra. Tehát ezt a nyilat sokkal nagyobbra rajzolhatjuk. De ez azt is érzékelteti, hogy hány molekula van egy liter vízben.