Što su otopine?

Otopine su homogene smjese koje se sastoje od otapala i otopljene tvari. Otopina je, primjerice, bistra vodena otopina kuhinjske soli u kojoj je promjer čestica otopljene tvari manji od jednoga nanometra. Tvari koje se rabe za pripremu otopina mogu biti u čvrstom, tekućem, ali i u plinovitom agregacijskom stanju.

U vodi se otapaju, primjerice kuhinjska sol, šećer, octena kiselina, etanol, ali i kisik. Osim vode otapala mogu biti i organske tekućine kao što su heksan, etanol, aceton i druge. Pozorno pogledajte videozapis Otopine i odgovorite na pitanja.

1. Što je otapalo, a što otopljena tvar?
2. Je li otapanje kemijska promjena? Obrazložite.
3. Što su zasićene otopine?
4. O čemu ovisi topljivost tvari?

Općenito se okruženje čestica otopljene tvari molekulama otapala naziva solvatacija, dok se pojam hidratacije specifično odnosi na okruživanje čestica otopljene tvari molekulama vode kao otapala.

Čestice otopljene tvari mogu biti ioni ili molekule. Za proces otapanja općenito vrijedi da se slično otapa u sličnome, tvari polarne građe bolje će se otapati u polarnim otapalima, a tvari čije su molekule nepolarne građe dobro će se otapati u nepolarnim otapalima. Tako su primjerice kristali joda dobro topljivi u nepolarnom otapalu heksanu jer su nepolarne građe.

Pri otapanju čvrstih tvari u vodi, primjerice natrijeva klorida, dolazi do razlaganja kristalne strukture, ali i do hidratacije iona nastalih disocijacijom. Za razlaganje ionske ili molekulske kristalne strukture na slobodne ione potrebno je utrošiti energiju stoga entalpija kristalne strukture ima pozitivan predznak, Δ_ksH > O. U procesu hidratacije toplina se oslobađa stoga entalpija hidratacije ima negativan predznak, Δ_hidH < 0. 

Toplina koja se apsorbira ili oslobađa pri otapanju tvari naziva se entalpija otapanja, Δ_solH, a iskazuje se mjernom jedinicom kJ/mol. Jednaka je zbroju entalpije kristalne strukture i entalpije hidratacije.

Hoće li se pri otapanju toplina apsorbirati ili osloboditi, ovisi o odnosu entalpija kristalne strukture i entalpije hidratacije. Dakle, otapanje neke tvari može biti endoterman ili egzoterman proces. Energijske promjene prilikom otapanja mogu se prikazati odgovarajućim entalpijskim dijagramima. Tako je primjerice otapanje kalijeva klorida endoterman proces, a otapanje natrijeva hidroksida egoterman proces.