Voda jako rozpouštědlo

Každý z nás se s tím už někdy setkal, když si chystal citronádu, nebo třeba sladil čaj. Když zblízka pozorně sledujeme samotné rozpouštění, vidíme vlastnosti rozpouštědla přímo v akci. Rozpouštědlo je látka, která rozpouští jiné látky, přesněji rozpouštěné látky. Vzniká tak stejnorodá, neboli homogenní směs rozpouštědla a rozpuštěné látky, která se nazývá roztok. Ve vodných roztocích, což jsou roztoky s vodou v roli rozpouštědla, probíhá významná část chemických dějů v průmyslu a v laboratořích a skoro všechny chemické děje v živých organismech. Voda je tedy nejvýznamnější a taky velmi dobré rozpouštědlo.

Voda je tak dobrý rozpouštědlem díky své polaritě a schopnosti vytvářet vodíkové vazby. Může rozpustit velké množství různých chemických látek. Většina chemických reakcí důležitých pro život probíhá ve vodním prostředí uvnitř buněk, pokud by nebyla dobrým rozpouštědlem, nic takového by nebylo možné.

Voda je někdy nazývána "univerzální rozpouštědlo". Toto označení však není zcela přesné, protože existují některé látky (např. tuky), které se ve vodě téměř nerozpouští. Obecně řečeno je voda dobrá při rozpouštění iontových a polárních sloučenin, ale není příliš vhodná pro rozpouštění nepolárních látek. Polární molekula je částice, která má celkový náboj nulový, ale uvnitř je nerovnoměrná hustota elektronů a obsahuje částečně kladně nabité oblasti a částečně záporně nabité oblasti.

Voda reaguje jinak s nabitými a polárními látkami než s nepolárními látkami, jelikož sama je polární. Polarita molekuly vody se projevuje částečnými kladnými náboji na vodících, částečným záporným nábojem na kyslíku a lomenou strukturou. Nerovnoměrnost distribuce náboje v molekule vody je způsobena vysokou elektronegativitou neboli elektronovou chamtivostí kyslíku oproti vodíku: sdílené elektrony ve vazbách O-H tráví více času v blízkosti jádra atomu O než u atomu H. Na následujícím obrázku jsou částečné kladné a částečné záporné náboje na molekule vody znázorněny symboly δ${}^{+}$‍ a δ${}^{-}$‍.

Pro tuto svou vlastnost – polaritu, se voda může účastnit elektrostatických interakcí. DOchází tak k působení náboje mezi polárními částicemi a ionty. Kladné náboje přitahují záporné naopak (stejně jako severní a jižní póly magnetů). Pokud je v roztoku velká převaha molekul vody, pak tyto interakce vedou k vytvoření trojrozměrných shluků molekul vody neboli kolem rozpuštěné částice hydratačního obalu. Tomuto jevu říkáme solvatace a vede postupně spolu s difuzí k tomu, že se částice rozpuštěné látky rozptýlí ve vodě rovnoměrně a již se nedrží u sebe.

Jak vznik hydratační obalu přispěje k rozpuštění sloučeniny? Vezměme si například to, co se stane s iontovou sloučeninou, jako je třeba kuchyňská sůl (NaCl), když ji nasypeme do vody.

Pokud do vody zamícháte kuchyňskou sůl NaCl, její krystalová mřížka se začne rozpadat (disociovat) a budou vznikat samostatné Na${}^{+}$‍ a Cl${}^{-}$‍ ionty. (Disociace je jen název procesu, v němž se sloučenina nebo molekula rozkládají a tvoří ionty). Molekuly vody tvoří hydratační obaly kolem takto nově vznikajících látek (solvatují je): kladně nabité ionty Na${}^{+}$‍ jsou obklopeny tak, že částečně záporné náboje na straně atomu kyslíku míří směrem ke kationtu, zatímco záporně nabité ionty Cl${}^{-}$‍ jsou obklopeny tak, že částečně kladně nabité části na steně vodíku míří k aniontu. Postupně dojde k tomu, že všechny ionty původně krystalické soli jsou obklopeny hydratačními obaly a rozptýleny v roztoku.

Nepolární molekuly, jako jsou tuky a oleje, interagují s vodou minimálně. Proto při smíchání s vodou zůstávají odděleny a vytvářejí vrstvy nebo kapky.