Jak ktoś tu powiedział, to:

Nauczyciel stwierdził, że związki jonowe rozpuszczają się w wodzie z wyjątkiem niektórych węglanów.

To rzeczywiście nadmierne uproszczenie. Po pierwsze, różnica między „związkiem jonowym” a innymi związkami nie jest zbyt zdefiniowana. Twój nauczyciel prawdopodobnie powiedział lub nie powiedział, ale chciał, to fakt, że niektóre związki jonowe łatwo rozpuszczają się w wodzie. Najlepszym przykładem jest sól (halit - NaCl).

W naturze węglan wapnia również często się rozpuszcza. Po prostu nie jest tak natychmiastowe, jak rozpuszczenie bardziej rozpuszczalnych związków jonowych. Prawdopodobnie znasz to zjawisko:

Tworzy się ponieważ węglan wapnia się rozpuszcza. Skała to wapień, który zwykle składa się z czystego węglanu wapnia. Kwaśna woda znacznie poprawia rozpuszczalność węglanu wapnia i nie musi nawet być silnie kwaśna. Deszcz lub woda z rzeki, które stykają się z atmosferą, pochłaniają $ \ ce {CO2} $ jako $$ \ ce {H2O + CO2 < = > H2CO3}, który następnie ułatwia rozpuszczanie węglanu wapnia za pomocą $$ \ ce {CaCO3 + H2CO3 < = > Ca ^ 2 + + 2HCO3 -}. $$

Aby substancja jonowa rozpuściła się w wodzie, istnieją dwa konkurujące ze sobą czynniki, które określają entalpię roztworu $ \ Delta {H} _ \ mathrm {sol} $, która jest zmianą entalpii (energii), gdy substancja rozpuszczona jest rozpuszczona rozpuszczalnik:

1. Energia sieci krystalicznej (LE), energia tworzenia się kryształu pomiędzy nieskończenie oddzielonymi jonami. Ponieważ LE jest proporcjonalna do ładunków swoich jonów, w przypadku węglanu wapnia jego LE byłaby w przybliżeniu 4 × LE chlorku sodu. $$ \ ce {CaCO3 (s) -> Ca ^ 2 + (g) + CO3 ^ 2- (g)} $$ Ta wartość jest zawsze dodatnia, ponieważ do rozdzielenia jonów potrzebna jest energia.
2. Energia hydratacji jonów gazowych, która jest zmianą entalpii, gdy jony gazowe rozpuszczają się w wodzie w ilości wystarczającej do uzyskania nieskończenie rozcieńczonego roztworu. $$ \ ce {Ca ^ 2 + (g) + CO3 ^ 2- (g) -> Ca ^ 2 + (aq) + CO3 ^ 2- (aq)} $$ Te wartości są zawsze ujemne, gdy energia jest uwalniana po uwodnieniu jonów.

Ponieważ LE węglanu wapnia jest tak duży, do rozbicia silnie przyciąganych jonów potrzebna byłaby duża ilość darmowej energii, która musi pochodzić z entalpia nawodnienia. W przypadku węglanu wapnia entalpia hydratacji nie jest wystarczająco duża, aby przezwyciężyć dużą energię sieci krystalicznej, dlatego występuje on w postaci ciała stałego.

Zwróć uwagę, że rozpuszczalność związków jonowych nie jest absolutna. W rzeczywistości rozpuszczalność w wodzie jest często podawana jako wartość wg / l wody.

Jednak ogólnie definiujemy rozpuszczalność jako:

1. Substancje rozpuszczalne mogą tworzyć 0,1 M roztwór w 25 ° C.
2. Substancje nierozpuszczalne nie mogą tworzyć 0,1 M roztwór w 25 ° C.

Nauczyciel stwierdził, że związki jonowe rozpuszczają się w wodzie z wyjątkiem niektórych węglanów.

To w najlepszym przypadku nadmierne uproszczenie. Inne związki jonowe, takie jak siarczek srebra, są trudno rozpuszczalne w wodzie. Zauważ, że to nie jest węglan.

A wodorowęglan sodu - $ \ ce {NaHCO3} $ - jest rozpuszczalny w wodzie.

Węglan sodu ($ \ ce {Na2CO3} $) jest również rozpuszczalny w wodzie.

Chcę dokładnego wyjaśnienia tego zjawiska, czy ktoś może mi pomóc ??

Rozpuszczalność zależy od:

1) Siła przyciągania międzycząsteczkowego w substancji rozpuszczonej i siły oddziaływań rozpuszczalnik-rozpuszczalnik. Jak mocno związany jest jon wapnia i jon węglanowy? Możesz pomyśleć , że siła przyciągania między jonami +2 i -2 jest silna, ale pamiętaj, że wiązania kowalencyjne są generalnie silniejsze niż oddziaływania jonowe. Jak silne są interakcje między cząsteczkami rozpuszczalnika i rozpuszczalnika - które muszą zostać przerwane, zanim coś będzie można solwatować?

2) Rozwiązanie. Jak dobrze rozpuszczalnik może obniżyć energię zdysocjowanych jonów rozpuszczonych? Jak dobrze można solwatować jony wapnia i jony węglanowe (w tym przypadku przez wodę?) Jak silne są oddziaływania jonów rozpuszczalnik-substancja rozpuszczona? A co z entropią solwatacji? (Powłoki solwacyjne są wysoce uporządkowane).

Jeśli chcesz przewidzieć rozpuszczalność jakiegoś związku, spróbuj użyć teorii twardego i miękkiego kwasu / zasady.

Rozpuszczalność soli nie jest prognozą, którą lubię robić. Wszystko sprowadza się do $ \ Delta {G} _ {sol} < 0 $. Ten warunek jest spełniony, gdy $ \ Delta {H} _ {sol} < 0 $ i $ T \ Delta {S} _ {sol} > 0 $ lub jeden czynnik przeważa nad drugim.

Są dwa problemy . Entalpie kratowe są duże, podobnie jak entalpie solwatacji, a powszechną obserwacją jest to, że $ \ Delta {H} _ {sol} $ w większości przypadków jest małe. Obliczamy różnice dużych liczb, a jednym faktem, który możemy z całą pewnością stwierdzić, jest to, że różnica jest niemożliwa do przewidzenia i generalnie bez znaczenia.

To samo dotyczy $ \ Delta {S} _ {sol} $. Entropie kratowe są małe, ale entropie roztworu są niższe niż można by pomyśleć dzięki uporządkowaniu krótkiego zasięgu, jakie solwatowany kation narzuca rozpuszczalnikowi. Zyskujesz entropię translacyjną rozpuszczając siatkę i tracąc entropię translacyjną z rozpuszczalnika przez wewnętrzną powłokę koordynacyjną. Znowu obliczasz różnice liczb równej wielkości i patrząc na odczynniki nie można stwierdzić, w którą stronę wahadło będzie się kołysać i czy wynik jest dodatni czy ujemny.

Szczerze mówiąc, prawie niemożliwe jest dokładne przewidzenie rozpuszczalności związków. Pod koniec dnia najlepiej je zapamiętać. Tak, są przypadki, w których można użyć określonej logiki lub rozumowania, ale przede wszystkim lepiej jest po prostu zapamiętać. Jak powiedział Abel, sprowadza się to do trudnego współdziałania entalpii sieci i energii hydratacji.