Почему соль так трудно удалить из воды?

Из лекций Фейнмана по физике , Vol. Я [1]:

Если мы положим в воду кристалл соли, что произойдет? Соль — это твердое тело, кристалл, организованное расположение «атомов соли». [...] Строго говоря, кристалл состоит не из атомов, а из того, что мы называем ионами. Ион – это атом, который либо имеет несколько лишних электронов, либо потерял несколько электронов. В кристалле соли мы находим ионы хлора (атомы хлора с дополнительным электроном) и ионы натрия (атомы натрия с недостающим одним электроном). Все ионы слипаются за счет электрического притяжения в твердой соли, но когда мы помещаем их в воду, мы обнаруживаем, что из-за притяжения отрицательного кислорода и положительного водорода к ионам некоторые ионы отрываются.

Рисунок 1-6

На рис. 1–6 мы видим отрывающийся ион хлора и другие атомы, плавающие в воде в виде ионов. Эта картина была сделана с некоторой тщательностью. Обратите внимание, например, что водородные концы молекул воды с большей вероятностью будут находиться рядом с ионом хлора, а рядом с ионом натрия мы с большей вероятностью найдем кислородный конец, потому что натрий положителен, а кислородный конец воды отрицательно, и они притягиваются электрически.

Фейнман хорошо объяснил вам процесс с атомной точки зрения. Теперь приходит ваша сложность отделения соли от воды в растворе соли. В процессе кипения будут разрываться межмолекулярные силы между молекулами воды, а также между ионами и молекулами воды.

Молекулы воды ($\mathrm{H_2O}$) будучи менее массивным ($18.01528(33)$), чем два других отдельных иона ($\mathrm{Na}$,$22.98976928(2)$–$\mathrm{Cl}$,$35.45(1)$), легко улетает, оставляя ионы натрия и хлора. Эти ионы снова притягиваются друг к другу, образуя кристаллы. Другими словами, требуется энергия, чтобы разрушить межмолекулярные силы и освободить ионы из тюрьмы, чтобы присоединиться к своим партнерам.

Ссылка

1. Фейнмановские лекции по физике. Том. 1, стр. 1–6 (номера могут различаться в зависимости от издания).

Короче говоря, их трудно разделить, потому что хотя молекулы очень разные, у них есть свойства, которые притягивают их друг к другу.

Вода — полярная молекула. Молекула кислорода окисляет две молекулы водорода, создавая положительный заряд на стороне водорода и отрицательный заряд на стороне кислорода.

Между тем, соль состоит из натрия, положительного иона, и хлора, отрицательного иона. Заряды молекулы воды притягивают противоположно заряженные ионы и отрывают их от кристалла соли, эффективно разрушая соль на молекулярном уровне.

Тогда энергия, необходимая для того, чтобы снова разделить частицы, по существу необходима для противодействия этим силам притяжения.

Вы можете видеть, что энтальпия гидратации представляет собой двухстадийный процесс сольватации и обратной кристаллизации. $\Delta H_\mathrm{hydr}$на самом деле положительно, поэтому вам нужно отдавать энергию только для того, чтобы растворить$\mathrm{NaCl}$в воде. Для отделения воды от$\mathrm{NaCl}$, нужно учесть энтальпию испарения воды и энтальпию обратной гидратации:

Температура измеряется в кельвинах, поэтому около$300\,\rm K$отметьте, вы можете видеть$\Delta H_\mathrm{evap}$является$44\,\rm KJ/mol$. Вычитание$\Delta H_\mathrm{hydr}$, вы получаете более низкий$\Delta H$, а это означает, что соль фактически снизила энергию, необходимую для выпаривания воды.