Представяне на разтвори чрез използване на частичкови модели

Целта на това видео е да ни помогне да визуализираме какво става с разтвора на микроскопично, на молекулярно ниво. И също да се упражняваме да чертаем този вид визуализации, понеже може да искат от теб да го правиш в зависимост от това в какъв вид клас по химия си. Тук имам три различни водни разтвора, което означава, че разтвореното вещество е разтворено във вода. Първото е натриев хлорид. После имаме магнезиев хлорид. После имаме С12Н22О11, което, с други думи, е захароза (сукроза). Всяко от тях е разтворено във вода. И ще опитам да начертая какво се случва на ниво частици в съответните правоъгълници под тях. Първо да разгледаме какво се случва с натриевия хлорид. Първото нещо, което може да осъзнаеш, е че натриевият хлорид е йонно съединение. Състои се от натриев положително зареден йон, или катион, и хлорен отрицателно зареден йон. И ако искам да ги начертая, те са в отношение едно-към-едно. За всеки натриев йон има един хлорен. Можем да сравним относителните им размери, за което ще си помогнем с периодичната таблица на елементите. Виждаме, че и двата елемента са в трети период. И ако просто разгледаме атомите, ако сравним натриев атом и хлорен атом – общата закономерност е, че когато отиваме надясно в периода има все повече електрони в най-външния слой, а радиусът става по-малък. Един хлорен атом е по-малък от един натриев атом, но тук не говорим за атоми, а говорим за йони. Положително зареден натриев йон, който е загубил електрон, има електронната конфигурация на неона, докато хлорният анион има електронна конфигурация на аргон. И се оказва, че хлорният анион ще е по-голям от натриевия катион. И ще представя хлорния анион ето така. (чертае) Ще поставя отрицателен заряд тук. Положително заредения натриев катион ще направя малко по-малък, ето така. (чертае) За да визуализирам разтвора на натриевия хлорид, за всеки натриев положително зареден йон трябва да направя и един хлорен анион. Това е един от тях. И после може да кажеш, че това е разтвореното вещество, но къде е... Понякога ще искат от теб да начертаеш само разтвореното вещество, и тогава това е достатъчно. Но ако се чудиш как тези йони взаимодействат с водата... Това дори ще ни помогне да разберем какво се случва, защо натриевият хлорид, защо йоните съединения се разтварят добре във вода. Тогава ще трябва да начертаем водните молекули. И ако още искаме да покажем относителния размер точно, можем да се върнем към периодичната таблица на елементите. Знаем, че натриевият катион има електронната конфигурация на неона, а кислородът е доста близо до неона. И когато разглеждаме молекулата на водата, кислородният атом в нея привлича електроните. Електроните прекарват повече време около кислорода, отколкото около водородните атоми. Така че молекулата на водата ще е подобна по размер – кислородът във водата е приблизително равен на натриев катион. Очевидно нашият чертеж няма да е съвършено точен, но можем да си представим, че всяка водна молекула може да изглежда ето така. (чертае) Тя съдържа един кислороден атом и два водородни атома. Ще използвам бял цвят, ето така. (чертае) Следва въпросът каква е полярната ориентация на тази молекула. Важно е да направим това правилно, особено когато работим с вода, която има полярна молекула. Знаем, че електроните прекарват повече време около кислорода. Говорихме за това в много видеа. Кислородният край има частичен отрицателен заряд, докато водородните краища имат частичен положителен заряд. Ориентацията на водната молекула е че частично отрицателният кислороден край ще бъде привлечен към положителните йони. А после положително заредените водородни краища ще бъдат привлечени към отрицателните йони. Може да имаш нещо такова. Това е кислороден атом, а после два водородни атома. тук имаш кислород, а после имаш двата водорода. Понеже водородните атоми – този край на молекулата – имат частично положителен заряд, те ще бъдат привлечени към този хлорен анион. Може отново да имаш двата водородни атома и после кислородният. Отново, кислородният ще бъде привлечен към натрия, към положително заредените натриеви катиони. И мога да продължа да запълвам тези в цялото пространство. Но мисля, че схващаш идеята как изглежда водата и как е ориентирана. За следващите две вещества – да се фокусираме само върху разтворените вещества. Как ще изглежда разтвореното вещество в разтвора? Магнезиевият хлорид, отново, е йонно съединение, което ще се дисоциира на съставните си йони. За всеки магнезиев йон, който има заряд +2, има два отрицателно заредени хлорни аниони. Какъв е относителният им размер? За да си помогнем с това, нека се върнем към периодичната таблица на елементите. И ако говорим за магнезий 2+, или положително зареден йон, той пак ще има електронната конфигурация на неона той има повече протони от натриевия йон, затова привлича електроните още по-силно. Магнезиевият йон е по-малък от натриевия йон. Можем да начертаем магнезиевите йони ето така. Може би ще направя два такива. Ще ги направя по-малки от натрия и ще запиша 2+, понеже има заряд +2. Ще запиша 2+ отново, понеже има положителен заряд. За всеки един от тези магнезиеви катиони ще има по два хлорни аниона. Може би един тук, може би един тук, (чертае) може би един тук и един тук. Ако искат от теб да начертаеш и молекулите на разтворителя, да начертаеш водата, ще я ориентираш по подобен начин, като частично положителните водородни краища на водата ще бъдат привлечени от отрицателните хлорни аниони, а кислородният край на водните молекули ще бъде привлечен от тези магнезиеви йони със заряд +2. Ами захарозата? Тя не е йонно съединение. В тази ситуация тя няма да се дисоциира. Молекулата на захарозата е относително по-голяма. Ще я начертая ето така. Може би имаме друга ето така. И причината захарозата да се разтваря добре във вода е, че нейните молекули имат части, които са полярни. Има много ОН (хидроксилни) групи. Тоест има части от молекулата, които са частично положителни, и други части от молекулата, които са частично отрицателни, други части, които са частично положителни. Различните части на тази молекула може да привлекат към себе си, в зависимост от дали са частично положителни, или частично отрицателни, могат да привлекат полярните водни молекули. И просто ще го запиша така. С12Н22О11. С12Н22О11. За да спестим време няма да чертая водните молекули, но за да ги начертаеш точно, трябва да знаеш кои части от тази по-голяма молекула имат частично положителен или частично отрицателен заряд. Но, както ще видим, за да се разтворят, веществата трябва или да се дисоциират на йони, които очевидно имат заряд, или ако имаме по-голяма молекула, тогава трябва различни части от нея да имат частичен заряд или с тях е свързан някакъв заряд. Това им позволява да се разтворят добре в полярен разтворител като водата.