Kui segad vette söögisoola või suhkrut, siis saad mõlemal juhul ühtlase läbipaistva vedeliku. Ütleme, et sool ja suhkur lahustuvad vees ehk moodustavad veega lahuse.
Lahus on ühtlane segu, mis koosneb vähemalt kahest ainest: lahustuvast ainest ja lahustist. Lahusti on aine, mis on lahuses liias ehk ülehulgas. Toodud näidetes on vesi lahustiks, sool ja suhkur aga lahustunud ained. Lahustunud aine on lahustis jaotunud üliväikeste osakeste – aatomite, molekulide või ioonidena.
Merevesi on lahus, milles lahustunud aineteks on erinevad soolad (NaCl, NaI, KBr jne) ja lahustiks vesi.
Kolloidne süsteem koosneb samuti kahest või enamast ainest, aga ei ole ühtlane segu. Kolloidses süsteemis on üks aine teise sees mikroskoopiliste tilkade või tükkidena pihustunud. Näiteks piim, mis tundub ühtlane, on tegelikult kolloidne lahus, kus vees on pihustunud väikesed rasvatilgad.
Lahustumisel kehtib põhimõte, et sarnane lahustub sarnases. Vesi on polaarne lahusti, seega lahustuvad vees hästi polaarsed ained (etanool) ja/või ioonsed ained (happed, alused, erinevad soolad, nt NaCl, KCl), mille osakesed seonduvad tugevasti vee molekulidega.
Etanooli molekulid on polaarsed, seetõttu lahustub etanool vees hästi. Lahustumist soodustab lisaks molekulide polaarsusele veel ka H-sidemete teke.
Kui võrrelda erinevate alkoholide lahustuvust, siis selgub, et mida pikemaks lähevad alkoholi süsivesinkahelad, seda halvemini lahustub alkohol vees. Näiteks oktaan-1-ool ei ole vees lahustuv. Alkoholi OH- rühma ja vee molekulide vahel tekib küll H-side, aga samas alkoholi süsivesinikahela ja vee molekulide vahel on väga nõrk vastastiktoime.
Mittepolaarsed ained (alkaanid, rasvad jmt) lahustuvad paremini mittepolaarsetes lahustites (bensiinis, eetris). Näiteks selleks, et autolt pigiplekke puhastada, peab kasutama mittepolaarset lahustit (nt lakibensiini või spetsiaalset mittepolaarset pigiplekkide eemaldajat). Kuna pigi on mittepolaarne, siis veega puhastades pigiplekkidest lahti ei saa.
Teadmised lahustuvuse kohta on väga olulised näiteks vitamiinide manustamisel. Polaarsed vitamiinid lahustuvad kergesti ja samas väljutatakse organismist kergesti. Mitepolaarsed vitamiinid aga lahustuvad rasvades ning seetõttu ka ladestuvad rasvkoes. Seega on mittepolaarsete vitamiinide korral nende ületarbimine ohtlikum.
Ainte lahustumist saab vaadelda kahe järjestikuse etapina:
Vaatame NaCl lahustumise näite põhjal, millised energeetilised efektid lahustumisega kaasnevad.
Soolade lahustumine on üldsiselt endotermiline protsess ja lahuse temperatuur langeb.
Mõned leelised ja happed võivad vees väga tugevasti hüdraatuda. Eriti tugevasti hüdraatuvad ained, mis moodustavad veega vesiniksidemeid. Selliste ainete lahustumisel ületab hüdraatumine algsete sidemete katkemise energia ning protsess on tugevalt eksotermiline – ainete lahustumisel lahus soojeneb. Leeliste (NaOH, LiOH) ja hapete (HCl, H2SO4) lahustumisel tuleb olla väga ettevaatlik, sest nende lahustumisel lahus kuumeneb. Seetõttu tuleb kontsentreeritud hapet alati valada vette, mitte vastupidi. Kui lisada vett kontsentreeritud happele, siis vesi jääb esialgu kihina happe peale, sest hape on veest tihedam. Hape hakkab veekihis lahustuma ja eraldub nii palju soojust, et pealmine happeline veekiht hakkab keema. Kuum, tugevalt happeline ja seega söövitav vedelik hakkab pritsima ja see on väga ohtlik.
Vaatame NaOH vees lahustumist.
KI kristallvõre lõhkumise energia |
629 kJ /mol |
K+ hüdraatumise energia |
-322 kJ/mol |
I- hüdraatumise enegia |
-293 kJ/mol |
Tabelist on näha, et KI kristallvõre lõhkumise energia on postiivne (endotermiline protsess) ja ioonide hüdraatumine on negatiivne (eksotermiline protsess). KI lahustumise soojusefekt on nende soojusefektide summa:
ΔHlahustumine = 629 kJ/mol + (-322 kJ/mol) + (-293 kJ/mol) = 14 kJ/mol, protsess on endotermiline ja lahuse temperatuur soola lahustumise käigus langeb.
MgCl2 kristallvõre lõhkumise energia |
2493 kJ /mol |
Mg2+ hüdraatumise energia |
-1920 kJ/mol |
Cl- hüdraatumise enegia |
-364 kJ/mol |
Magneesiumkloriidi lahustumisel tekib kloriidioone 2 korda rohkem kui magneesiumioone, sellepärast tuleb kloriidioonide hüdraatumise energia korrutada kahega.
ΔHlahustumine = 2493 kJ/mol + (-1920 kJ/mol) + 2 × (-364 kJ/mol) = -155 kJ/mol, protsess on eksotermiline ja lahuse temperatuur soola lahustumise käigus tõuseb.
Magneesium iooni laeng on 2+ ja seetõttu selle toime veega palju tugevam kui näiteks Na+ iooni korral. Magneesiumi iooni hüdraatumisel eralduv enegia on palju suurem kui Na+ või K+ iooni hüdraatumisel eralduv energia.