常見的溶劑-水

化學原理啟迪38

1.     液態水是一堆水分子的集合起來組成的。一個獨立的水分子是曲折的、呈現v字型，H-O-H的角度大約是105°。

2.     水分子的O-H鍵是共價鍵，它是由氧和氫共享電子構成的。然而，化學鍵共享的電子並不是平均分布於原子之間。

3.     氧對電子的吸引力比氫大。如果共享的電子是均勻分布在二原子之間，那麼二個原子都是電中性的，因為一般而言，圍繞原子核的電子數量應該會等於原子核的質子數量。

4.     但是因為氧對電子的吸引力比較強，共享的電子頃向於花比較多的時間靠近氧，較少靠向氫。因此氧原子得到稍微多一些的負電荷，而氫原子則變得有些正電。

5.     水的結構如圖示。在這裡δ+（delta）代表部分正電(比一單位電荷少)；δ-代表部分負電：

圖片來源：Global Warming

6.     因為化學鍵的電荷分布不均勻，所以，「水」是「有極性的分子polar molecule」。

7.     離子固體溶解於水中，如圖：

圖片來源：earth540 essentials of oceanography

8.     注意水分子正極的一端受到陰離子的吸引，負極的一端則受到陽離子的吸引。這個過程稱為「水合hydration」。水分子和離子水合會造成離子分裂進入水中，稱為「溶解dissolve」。

9.     固體中陰離子與陽離子之間的強大引力，被更強大的「水-離子」之間的引力取代。

10.  有個重點需要了解，當離子物質(鹽)在水中溶解，它們分裂成獨立的陽離子與陰離子。例如，氨鹽(NH4NO3)在水中溶解之後，裡面的氨陽離子NH4+和硝酸陰離子NO3-是各自獨立沉浮於水中。

11.  氨鹽溶解的過程：

NH4NO3(s)→NH4+(aq)+NO3-(aq)

(aq)的意思是，離子被一群水分子包圍水合。

12.  水中離子物質的溶解度差距很大。例如，氯化鈉非常容易溶解於水中，可是氯化銀(包括Ag+和Cl-)卻只能溶解一點點。

13.  造成離子化合物在水中的溶解度不同的原因有二個：1.離子彼此親和力的強弱(這個力量會讓固體內的分子團結在一起)；2.離子和水分子之間的親和力的強弱(這會讓固體內的分子分散溶解於水中)。

14.  再提醒一次，要特別注意，當離子固體確實在水中溶解，離子會四散，而我們會假設，離子是各自獨立活動的。

15.  水也會溶解許多種非離子物質，舉例來說，酒精/乙醇(C2H5OH)非常容易溶解於水中。酒、啤酒、調酒都是酒精溶液和其他物質組成的。為什麼酒精/乙醇這麼容易溶解於水中？答案就在乙醇的分子結構。

圖片來源：wavesignal.com/Principles/7.Solutions

16.  乙醇分子含有「極性polar」的「O-H」鍵，這點跟水分子一樣，「O-H」鍵讓「乙醇」跟水分子非常相容。

17.  許多物質不溶解於水。例如，純水沒有辦法溶解動物性脂肪，因為脂肪分子是無極性的，無法跟有極性的水分子，互相吸引、交互作用。

18.  一般而言，極性物質和離子物質被認為是，比「非極性nonpolar」物質，更能溶解於水中。「物以類聚」，「同樣性質的東西彼此互相溶解」，是預測溶解度的準則。

翻譯編寫Steven S. Zumdahl 的《化學原理Chemical Principles》

歌德：

1.     學問與藝術，是屬於世界性的東西，在這個前提之下，民族性的疆界，早已消失無蹤。

2.     學問與藝術，所帶來的慰藉，只是單純的慰藉，並不足以補足屬於強大、受尊敬的文化力量，那個力量存在於國民的生活品質當中。

3.     接觸神性時，必須將自己的理性，升高到最高點，而神性則表現於自然或人倫的根本現象中。神性，也隱藏在根本現象的背後，而根本現象就是由神性中源源而出。

4.     神性，是在活生生的生物中不斷地運轉著，而死去的生物中，毫無神性可言。神性，存在於生長變化中的東西裡。所以，理性為了達到神性的境界，必須以成長、有生命的生物，為其對象。

5.     人是非常軟弱的，因為，人什麼都想要，卻什麼也得不到。但是神是強壯的，因為只要神想得到人，神立刻能輕而易舉地將人掌握在手中。

6.     感到畏懼，是人類擁有的最好習性之一。

7.     思索人類最美的幸福，就是窮盡可探索之物的究竟。