8.1 Løsningsprosessen
Forstå hvordan stoffer løser seg og hva som påvirker løselighet.
50 min
13 oppgaver
LøsemiddelLøst stoffHydratiseringPolaritetLøsningsprosessen
Din fremgang i kapitlet
0 / 13 oppgaver
Løsningsmiddel og oppløst stoff
En løsning er en homogen blanding av to eller flere stoffer.
Komponenter i en løsning
- Løsningsmiddel – Stoffet som finnes i størst mengde (løser opp det andre stoffet)
- Oppløst stoff – Stoffet som løses opp (finnes i mindre mengde)
Eksempel: Sukker i vann
- Vann = løsningsmiddel
- Sukker = oppløst stoff
Typer løsninger
Løsninger kan være i ulike faser:
| Type | Oppløst stoff | Løsningsmiddel | Eksempel |
|---|---|---|---|
| Fast i væske | Fast | Væske | Sukker i vann |
| Væske i væske | Væske | Væske | Etanol i vann |
| Gass i væske | Gass | Væske | CO₂ i vann |
| Gass i gass | Gass | Gass | Luft (O₂ i N₂) |
| Fast i fast | Fast | Fast | Legeringer (messing) |
Viktig: Vann er det vanligste løsningsmiddelet og kalles ofte det "universelle løsningsmiddelet".
✏️Eksempel 1: Identifisere komponenter
Identifiser løsningsmiddel og oppløst stoff i følgende løsninger:
a) 10 g NaCl oppløst i 200 g vann
b) 50 mL etanol i 150 mL vann
c) Karbonholdig vann (CO₂-gass i vann)
Løsning:
a) NaCl i vann:
- Løsningsmiddel: Vann (mest av dette)
- Oppløst stoff: NaCl (salt)
b) Etanol i vann:
- Løsningsmiddel: Vann (150 mL > 50 mL)
- Oppløst stoff: Etanol
c) Karbonholdig vann:
- Løsningsmiddel: Vann
- Oppløst stoff: CO₂ (gass)
Regel: Komponenten i størst mengde er løsningsmiddelet.
📝Oppgave 8-1
Identifiser løsningsmiddel og oppløst stoff:
a
5 g sukker i 100 mL vann.
b
Oksygen (O₂) oppløst i nitrogen (N₂) i luft.
c
Jod (I₂) oppløst i etanol.
"Likt løser likt"
Dette er et grunnleggende prinsipp i kjemi:
Polare stoffer løser polare stoffer
Upolare stoffer løser upolare stoffer
Polare løsningsmidler
Eksempler:
- Vann (H₂O)
- Metanol (CH₃OH)
- Etanol (C₂H₅OH)
Løser: Ioneforbindelser (salter) og polare molekyler
Upolare løsningsmidler
Eksempler:
- Heksan (C₆H₁₄)
- Benzen (C₆H₆)
- Parafin
Løser: Upolare molekyler (fett, olje)
Hvorfor "likt løser likt"?
For at et stoff skal løses opp, må de intermolekylære kreftene mellom:
- Løsningsmiddel–løsningsmiddel
- Oppløst stoff–oppløst stoff
brytes og erstattes av nye krefter mellom:
- Løsningsmiddel–oppløst stoff
Dette skjer lettest når stoffene har lignende polaritet.
Eksempel: Olje (upolart) blander seg IKKE med vann (polart), men blander seg med benzen (upolart).
✏️Eksempel 2: Prediksjon av løselighet
Vil følgende stoffer løses i vann?
a) NaCl (ioneforbindelse)
b) CH₄ (metan, upolart)
c) C₂H₅OH (etanol, polart)
Løsning:
Vann er polart → løser polare stoffer og ioneforbindelser.
a) NaCl:
- Ioneforbindelse (polart)
- JA, løses godt i vann
- "Likt løser likt" ✓
b) CH₄ (metan):
- Upolart molekyl
- NEI, løses dårlig i vann
- Upolart ≠ Polart
c) C₂H₅OH (etanol):
- Polart molekyl (–OH-gruppe)
- JA, løses godt i vann
- "Likt løser likt" ✓
Svar: a) Ja, b) Nei, c) Ja
📝Oppgave 8-2
Vil følgende stoffer løses i vann (polart)?
a
KBr (ioneforbindelse)
b
C₈H₁₈ (oktan, upolart)
c
NH₃ (ammoniakk, polart)
📝Oppgave 8-3
Velg best løsningsmiddel for følgende stoffer:
a
I₂ (jod, upolart). Valg: Vann eller heksan (upolart)?
b
CaCl₂ (ioneforbindelse). Valg: Vann eller benzen (upolart)?
c
Fett (upolart). Valg: Vann eller parafin (upolart)?
Hydratisering og solvatisering
Solvatisering
Solvatisering er prosessen der løsningsmiddelmolekyler omgir og samhandler med partikler av det oppløste stoffet.
- Gjelder alle løsningsmidler
- Løsningsmiddelmolekylene danner et "hylster" rundt partiklene
Hydratisering
Hydratisering er solvatisering der løsningsmiddelet er vann.
- Spesialtilfelle av solvatisering
- Vannmolekyler omgir ioner eller polare molekyler
- Svært viktig i biologi og kjemi
Hydratisering av ioner (eks: NaCl i vann)
Når NaCl løses i vann:
1. Vannmolekyler nærmer seg salt-krystallet
- Vannets δ− (oksygen) tiltrekkes av Na⁺
- Vannets δ+ (hydrogen) tiltrekkes av Cl⁻
2. Ion-dipol-krefter bryter ionebindinger
- Vannmolekyler "river" ioner ut av krystallet
3. Ioner hydratiseres
- Na⁺ omgis av vannmolekyler (O mot Na⁺)
- Cl⁻ omgis av vannmolekyler (H mot Cl⁻)
Resultat: Ioner spredt i løsningen, omgitt av et hydratisert hylster.
Notasjon
Hydratiserte ioner skrives ofte:
- Na⁺(aq) – "aq" står for "aqua" (vann)
- Cl⁻(aq)
Eksempel: NaCl(s) → Na⁺(aq) + Cl⁻(aq)
✏️Eksempel 3: Hydratisering av KBr
Beskriv hva som skjer når KBr løses i vann.
Løsning:
1. KBr er en ioneforbindelse:
- K⁺ (kation)
- Br⁻ (anion)
2. Når KBr tilsettes vann:
Vannmolekyler nærmer seg KBr-krystallet:
- Oksygen (δ−) i vann tiltrekkes av K⁺
- Hydrogen (δ+) i vann tiltrekkes av Br⁻
3. Ion-dipol-krefter bryter ionebindinger:
Vannmolekyler "river" K⁺ og Br⁻ ut av krystallet.
4. Ioner hydratiseres:
- K⁺ omgis av vannmolekyler (O vendt mot K⁺)
- Br⁻ omgis av vannmolekyler (H vendt mot Br⁻)
Reaksjon:
Svar: KBr deles i K⁺ og Br⁻, som hydratiseres av vannmolekyler.
📝Oppgave 8-4
Skriv likninger for løsning i vann:
a
NaCl(s) løses i vann.
b
MgSO₄(s) løses i vann.
c
CaCl₂(s) løses i vann.
Vannets spesielle egenskaper
Vann (H₂O) er et unikt løsningsmiddel med spesielle egenskaper.
Struktur av vannmolekylet
- Polare molekyler: O er mer elektronegativ enn H
- Bøyd struktur (ca 104,5° vinkel)
- Partielle ladninger: δ− på O, δ+ på H
Hydrogenbindinger i vann
Hydrogenbindinger dannes mellom:
- H (δ+) på ett vannmolekyl
- O (δ−) på et annet vannmolekyl
Egenskaper fra hydrogenbindinger:
1. Høy kokepunkt (100°C)
- Mye energi kreves for å bryte H-bindinger
2. Høy løselighet for polare stoffer
- Danner H-bindinger med polare molekyler
3. Høy overflatespending
- Vannmolekyler "holder sammen"
4. Høy varmekapasitet
- Viktig for temperaturregulering i kroppen
5. Is flyter på vann
- H-bindinger i is gir åpen struktur (mindre tett enn flytende vann)
Vann som "universelt løsningsmiddel"
Vann løser:
- Ioneforbindelser (via ion-dipol-krefter)
- Polare molekyler (via dipol-dipol og H-bindinger)
Vann løser IKKE:
- Upolare molekyler (fett, olje)
✏️Eksempel 4: Vannets egenskaper
Forklar hvorfor vann har høyere kokepunkt enn metan (CH₄), selv om de har omtrent samme molekylmasse.
- H₂O: M = 18 g/mol, kokepunkt = 100°C
- CH₄: M = 16 g/mol, kokepunkt = −164°C
Løsning:
H₂O (vann):
- Polart molekyl
- Hydrogenbindinger mellom molekylene
- Sterke intermolekylære krefter
CH₄ (metan):
- Upolart molekyl
- Kun svake van der Waals-krefter
- Svake intermolekylære krefter
Konklusjon:
For å koke vann må hydrogenbindinger brytes → krever mye energi → høy kokepunkt (100°C).
For å koke metan må kun svake van der Waals-krefter brytes → krever lite energi → lav kokepunkt (−164°C).
Svar: Vannets hydrogenbindinger gir mye høyere kokepunkt enn metans svake van der Waals-krefter.
📝Oppgave 8-5
Vannets egenskaper:
a
Hvilken type binding finnes mellom vannmolekyler?
b
Hvorfor har vann høy varmekapasitet?
c
Hvorfor flyter is på vann?
Ion-dipol-krefter
Ion-dipol-krefter er tiltrekningskrefter mellom:
- Ioner (+ eller −)
- Polare molekyler (dipol)
Hvordan fungerer ion-dipol-krefter?
Eksempel: Na⁺ i vann
1. Na⁺ (positivt ion) tiltrekkes av oksygen (δ−) i vannmolekyler
2. Vannmolekyler orienterer seg med O mot Na⁺
3. Flere vannmolekyler omgir Na⁺ → hydratisert ion
Eksempel: Cl⁻ i vann
1. Cl⁻ (negativt ion) tiltrekkes av hydrogen (δ+) i vannmolekyler
2. Vannmolekyler orienterer seg med H mot Cl⁻
3. Flere vannmolekyler omgir Cl⁻ → hydratisert ion
Styrke av ion-dipol-krefter
Ion-dipol-krefter er sterkere enn:
- Dipol-dipol-krefter
- Van der Waals-krefter
Men svakere enn:
- Ionebindinger
- Kovalente bindinger
Betydning
Ion-dipol-krefter gjør at:
- Ioneforbindelser løses i vann
- Ioner forblir i løsning (krystalliserer ikke umiddelbart)
- Elektrolyttløsninger kan lede strøm
✏️Eksempel 5: Ion-dipol-krefter
Beskriv ion-dipol-kreftene når K⁺ og Br⁻ løses i vann.
Løsning:
For K⁺ (positivt ion):
1. K⁺ tiltrekkes av oksygen (δ−) i vannmolekyler
2. Vannmolekyler orienterer seg: O mot K⁺
3. Flere vannmolekyler danner et "hylster" rundt K⁺
4. Ion-dipol-krefter holder vannmolekyler rundt K⁺
For Br⁻ (negativt ion):
1. Br⁻ tiltrekkes av hydrogen (δ+) i vannmolekyler
2. Vannmolekyler orienterer seg: H mot Br⁻
3. Flere vannmolekyler danner et "hylster" rundt Br⁻
4. Ion-dipol-krefter holder vannmolekyler rundt Br⁻
Resultat: Både K⁺ og Br⁻ er hydratiserte og forblir i løsning.
Svar: Ion-dipol-krefter mellom ioner og polare vannmolekyler gir hydratisering.
📝Oppgave 8-6
Ion-dipol-krefter:
a
Hvilken del av vannmolekylet tiltrekkes av Ca²⁺?
b
Hvilken del av vannmolekylet tiltrekkes av SO₄²⁻?
c
Er ion-dipol-krefter sterkere eller svakere enn van der Waals-krefter?
Løsningsentalpi
Løsningsentalpi (ΔHsoln) er energiendringen når 1 mol stoff løses i et løsningsmiddel.
Energiendringer under løsning
Løsningsprosessen består av tre trinn:
1. Bryte bindinger i det faste stoffet (endoterm)
- Krever energi
- Eksempel: Bryte ionebindinger i NaCl
2. Bryte bindinger i løsningsmiddelet (endoterm)
- Krever energi
- Eksempel: Bryte H-bindinger mellom vannmolekyler
3. Danne nye bindinger mellom stoff og løsningsmiddel (eksoterm)
- Frigjør energi
- Eksempel: Danne ion-dipol-krefter (hydratisering)
Netto løsningsentalpi
- ΔHsoln > 0: Endoterm løsningsprosess (løsningen avkjøles)
- ΔHsoln < 0: Eksoterm løsningsprosess (løsningen varmes opp)
Eksempler
NaCl i vann: ΔHsoln = +3,9 kJ/mol
- Lett endoterm
- Løsningen avkjøles litt
NaOH i vann: ΔHsoln = −44,5 kJ/mol
- Eksoterm
- Løsningen varmes betydelig opp
NH₄NO₃ i vann: ΔHsoln = +25,7 kJ/mol
- Sterkt endoterm
- Løsningen blir kald (brukes i "instant ice packs")
✏️Eksempel 6: Løsningsentalpi
Når NH₄NO₃ løses i vann, blir løsningen kald. Når NaOH løses i vann, blir løsningen varm.
a) Er løsningen av NH₄NO₃ endoterm eller eksoterm?
b) Er løsningen av NaOH endoterm eller eksoterm?
Løsning:
a) NH₄NO₃:
Løsningen blir kald → varme absorberes fra omgivelsene → endoterm.
b) NaOH:
Løsningen blir varm → varme frigjøres til omgivelsene → eksoterm.
Svar:
- a) Endoterm (ΔHsoln > 0)
- b) Eksoterm (ΔHsoln < 0)
📝Oppgave 8-7
Løsningsentalpi:
a
Er løsningen av KCl (ΔHsoln = +17,2 kJ/mol) endoterm eller eksoterm?
b
Blir løsningen varmere eller kaldere når CaCl₂ (ΔHsoln = −81,3 kJ/mol) løses?
c
Hvorfor blir løsningen kald når NH₄NO₃ løses i vann?
📝Oppgave 8-8
Grunnleggende begreper:
a
Hva er forskjellen mellom hydratisering og solvatisering?
b
Hva betyr "aq" i Ca²⁺(aq)?
c
Hvilke stoffer løses i vann?
📝Oppgave 8-9
Anvendelse av "likt løser likt":
a
Vil sukker (polart) løses i vann eller benzen (upolart)?
b
Vil parafin (upolart) løses i vann eller heksan (upolart)?
c
Hvorfor blander ikke olje og vann seg?
📝Oppgave 8-10
Hydratisering av MgCl₂:
a
Skriv likningen for løsning av MgCl₂ i vann.
b
Beskriv hydratiseringen av Mg²⁺.
c
Beskriv hydratiseringen av Cl⁻.
📝Oppgave 8-11
Energi i løsningsprosessen:
a
Hvilke to prosesser krever energi (endoterme)?
b
Hvilken prosess frigjør energi (eksoterm)?
c
Når er ΔHsoln negativ (eksoterm)?
📝Oppgave 8-12
Sammenligning av løsningsentalpier:
a
LiCl: ΔHsoln = −37,0 kJ/mol. Hva skjer med temperaturen?
b
KNO₃: ΔHsoln = +34,9 kJ/mol. Hva skjer med temperaturen?
c
Hvilket salt gir størst temperaturendring?
📝Oppgave 8-13
Avsluttende spørsmål:
a
Forklar hvorfor NaCl løses i vann, men ikke i heksan.
b
Hvorfor har vann høyere kokepunkt enn H₂S, selv om de er like strukturer?
c
Beskriv de tre kreftene som er viktige i løsningsprosessen.