Kun suola liukenee veteen, se muodostaa kirkkaan liuoksen, mutta öljy ja vesi eivät suostu sekoittumaan.

Nämä arkipäiväiset esimerkit paljastavat, miten liuottimet ovat vuorovaikutuksessa eri aineiden kanssa. Liuotin liuottaa liuenneen aineen muodostaen liuoksen.

Tässä oppaassa tutustut liuottimiin, kuten polaarisiin, poolittomiin ja orgaanisiin liuottimiin sekä niiden ainutlaatuisiin kemiallisiin ominaisuuksiin.

Liuottimet: Nopea yhteenveto

Tarvitsetko vain perusasiat? Tässä on yksinkertainen selitys siitä, mikä on liuotin:

🟠 Liuotin: Aine, joka liuottaa liuenneen aineen muodostaen liuoksen, tyypillisesti läsnä suurin määrä.

🟠 Polaarinen liuotin: Liuottaa ionisia ja polaarisia aineita käyttäen epätasaista varausjakaumaa; vesi on yleisin esimerkki.

🟠 Pooliton liuotin: Vuorovaikuttaa ei-polaaristen aineiden, kuten öljyjen ja vahojen, kanssa heikkojen Van der Waalsin voimien avulla.

🟠 Proottinen liuotin: Polaarinen liuotin, joka kykenee vetysidoksiin, kuten vesi tai etanoli.

🟠 Aprotinen liuotin: Polaarinen liuotin, joka ei pysty vetysidokseen, mutta liuottaa liuottimia dipoli-dipoli-vuorovaikutusten avulla, kuten asetoni tai DMSO.

Mitä ovat liuottimet?

Liuottimet liuottavat muita aineita, joita kutsutaan liuoksiksi, muodostaen liuoksia. Missä tahansa liuoksessa liuotinta on eniten, ja liuennut aine on jakautunut siihen tasaisesti. Tämä prosessi tapahtuu molekyylitasolla muuttamatta liuottimen tai liuenneen aineen kemiallista rakennetta.

Esimerkiksi kun sokeri liukenee veteen, vesi toimii liuottimena ja sokeri on liuennut aine. Vastaavasti vesi liuottaa natriumkloridia (NaCl) suolaveteen, jolloin syntyy yhtenäinen nestemäinen seos. Liuottimet ovat välttämättömiä aineiden sekoittamisessa monissa luonnollisissa ja kemiallisissa prosesseissa.

Yleisiä liuostyyppejä

Liuottimet ja liuennut aine voivat esiintyä eri olomuodoissa muodostaen kaasujen, nesteiden tai kiinteiden aineiden kaltaisia liuoksia. Seuraavassa on muutamia esimerkkejä:

Liuottimien tyypit

Liuottimet luokitellaan sen perusteella, miten ne ovat vuorovaikutuksessa liuottimien kanssa. Niiden molekyylirakenne ja varausjakauma määräävät, ovatko ne polaarisia, poolittomia vai orgaanisia. Nämä luokat määrittelevät, mitä aineita ne voivat liuottaa.

Polaariset liuottimet

Polaariset liuottimet liuottavat aineita, joilla on varauksia tai epätasainen elektronijakauma. Niiden molekyyleissä on erilliset positiiviset ja negatiiviset alueet, minkä ansiosta ne voivat vetää puoleensa ioneja ja polaarisia molekyylejä. Esimerkiksi vesi (H₂O) liuottaa taustasuolaa (NaCl) ympäröimällä natrium- (Na⁺) ja kloridi- (Cl-) ionit ja erottamalla ne toisistaan.

Vetysidokset polaarisissa liuottimissa vahvistavat niiden vuorovaikutuksia liuottimien kanssa. Tämän vuoksi polaarisia liuottimia, kuten metanolia ja etikkahappoa, käytetään laajalti ionisten ja polaaristen yhdisteiden liuottamiseen.

Esimerkkejä polaarisista liuottimista:

• Vesi (H₂O): Liuottaa tehokkaasti suoloja, sokereita ja happoja.
• Metanoli (CH₃OH): Yleinen teollisuus- ja laboratoriosovelluksissa.
• Eetikkahappo (CH₃COOH): Käytetään sekä orgaanisten että epäorgaanisten liuottimien liuottamiseen.

Epäinapaiset liuottimet

Epänapaiset liuottimet ovat vuorovaikutuksessa poolittomien aineiden, kuten öljyjen ja vahojen, kanssa käyttämällä heikkoja molekyylien välisiä voimia. Niiden molekyyleissä ei ole erillisiä varauksia, koska elektronit ovat jakautuneet tasaisesti.

Poolittomat liuottimet eivät pysty liuottamaan ionisia tai erittäin poolisia yhdisteitä, mutta ne ovat tehokkaita hydrofobisille materiaaleille. Esimerkiksi heksaani voi liuottaa rasvaa mutta ei suoloja tai sokereita. Tämä käyttäytyminen selittyy periaatteella "samanlainen liuottaa samanlaista".

Esimerkkejä poolittomista liuottimista:

• Heksaani (C₆H₁₄): Irrottaa öljyjä ja puhdistaa koneita.
• Bentseeni (C₆H₆): Käytetään orgaanisessa synteesissä.
• Tolueeni (C₇H₈): Löytyy maaleissa ja liimoissa.

Polaariset protoniset ja aprotoniset liuottimet

Voimme jakaa polaariset liuottimet edelleen protisiin ja aprottisiin tyyppeihin sen perusteella, miten ne kykenevät muodostamaan vetysidoksia.

Polaariset protoniset liuottimet

Polaariset protoniset liuottimet sisältävät vetyatomin, joka on sitoutunut elektronegatiiviseen alkuaineeseen, kuten happeen tai typpeen. Tämän ansiosta ne voivat muodostaa vahvoja vetysidoksia liuottimien kanssa. Nämä liuottimet ovat erittäin tehokkaita liuottamaan ionisia yhdisteitä, koska vetysidokset heikentävät liuottimia yhteen pitäviä voimia.

Esimerkiksi vesi (H₂O), polaarinen protinen liuotin, liuottaa NaCl:n muodostamalla vetysidoksia natrium- ja kloridi-ionien kanssa. Etanoli (C₂H₅OH) ja metanoli (CH₃OH) ovat vastaavalla tavalla vuorovaikutuksessa polaaristen liuottimien kanssa, mikä tekee niistä monipuolisesti käyttökelpoisia erilaisissa kemiallisissa prosesseissa.

Esimerkkejä polaarisista protonisista liuottimista: Vesi, etanoli, metanoli.

Polaariset protoniset liuottimet

Polaarisissa aprotisissa liuottimissa ei ole elektronegatiivisiin alkuaineisiin sitoutuneita vetyatomeja, joten ne eivät voi muodostaa vetysidoksia. Ne pysyvät kuitenkin polaarisina ja liuottavat ionisia yhdisteitä dipoli-dipoli-vuorovaikutusten avulla.

Nämä liuottimet ovat erityisen tehokkaita polaaristen orgaanisten yhdisteiden liuottamisessa ja sellaisten reaktioiden helpottamisessa, joissa vahvat vetysidokset häiritsisivät. Esimerkiksi asetoni (CH₃COCH₃) liuottaa polaarisia orgaanisia liuottimia muodostamatta vetysidoksia, mikä mahdollistaa puhtaammat reaktioreitit.

Esimerkkejä polaarisista aromaattisista liuottimista: Asetoni, dimetyylisulfoksidi (DMSO), asetonitriili.

Vertailutaulukko: Liuottimien tyypit

Liuottimien ominaisuudet

Liuottimilla on useita fysikaalisia ominaisuuksia, jotka määräävät niiden käyttäytymisen kemiallisissa prosesseissa. Nämä ominaisuudet vaikuttavat siihen, miten liuottimet ovat vuorovaikutuksessa liuottimien kanssa, ja niiden soveltuvuuteen tiettyihin sovelluksiin.

Keskeiset fysikaaliset ominaisuudet

Kiehumispiste: Liuottimen kiehumispiste osoittaa, kuinka helposti se haihtuu. Haihtuvilla liuottimilla, kuten asetonilla, on alhainen kiehumispiste ja ne haihtuvat nopeasti, minkä vuoksi ne ovat käyttökelpoisia esimerkiksi puhdistus- tai tislausprosesseissa. Sen sijaan liuottimet, joilla on korkeampi kiehumispiste, kuten vesi, ovat vähemmän haihtuvia ja pysyvät nestemäisessä muodossa pidempään.

Polariteetti: Polariteetti kuvaa varausten jakautumista liuotinmolekyylin sisällä. Polaariset liuottimet, kuten vesi, liuottavat ionisia ja polaarisia yhdisteitä voimakkaiden vuorovaikutusten, kuten vetysidoksen, avulla. Epänapaiset liuottimet, kuten heksaani, liuottavat poolittomia aineita heikompien Van der Waalsin voimien avulla.

Tiheys: Tiheys määrittää, kelluuko vai uppoavatko liuottimet, kun ne sekoittuvat toiseen nesteeseen. Esimerkiksi vesi on tiheämpää kuin heksaani ja laskeutuu seoksessa sen alapuolelle. Tämä ominaisuus on kriittinen neste-nesteuuton kaltaisissa prosesseissa.

Liuottimien ominaisuuksien vertailu

Polaaristen, ei-polaaristen ja orgaanisten liuottimien ominaisuudet vaihtelevat huomattavasti. Näiden erojen ymmärtäminen auttaa selittämään niiden ainutlaatuisen käyttäytymisen.

Polaariset liuottimet

Polaariset liuottimet voivat liuottaa varattuja ja polaarisia aineita ainutlaatuisen molekyylirakenteensa ansiosta. Epätasainen varausjakauma luo positiivisia ja negatiivisia alueita, jolloin nämä liuottimet pystyvät rikkomaan liuenneiden aineiden sidoksia ja ympäröimään hiukkasia muodostaen liuoksen.

Polariteetti ja vetysidokset

Polariteetti syntyy, kun molekyylissä on alueita, joilla on eriarvoinen varaus. Polaarisissa liuottimissa, kuten vesi, toinen puoli on hieman positiivinen ja toinen hieman negatiivinen. Tämä varausten erottelu mahdollistaa voimakkaan vuorovaikutuksen liuottimien kanssa.

Vetysidos on kriittinen vuorovaikutus polaarisissa liuottimissa. Hieman positiivinen vetyatomi yhdessä molekyylissä vetää puoleensa hieman negatiivista atomia, kuten happea tai typpeä, toisessa molekyylissä. Nämä sidokset auttavat rikkomaan liuottimen sidoksia, jolloin liuotin voi liuottaa aineita.

Esimerkiksi vesi muodostaa vetysidoksia sokerimolekyylien kanssa, mikä rikkoo sokerikiteitä yhteen pitäviä voimia. Tämä prosessi hajottaa sokerin tasaisesti, jolloin syntyy liuos.

Ioniset vuorovaikutukset

Polaariset liuottimet liuottavat ionisia yhdisteitä tehokkaasti ympäröimällä niiden varatut hiukkaset. Esimerkiksi kun taustasuola (NaCl) liukenee veteen, liuottimen molekyylit hajottavat ionisidokset.

Veden happiatomit, jotka ovat hieman negatiivisia, vetävät puoleensa natriumioneja (Na⁺), kun taas veden hieman positiiviset vetyatomit vetävät puoleensa kloridi-ioneja (Cl-). Tämä erotusprosessi, jota kutsutaan hydrataatioksi, jakaa ionit tasaisesti koko liuokseen.

Ioniyhdisteet liukenevat helposti polaarisiin liuottimiin, kuten veteen, mutta pysyvät kiinteinä poolittomissa liuottimissa, koska niillä ei ole varauksiin perustuvia vuorovaikutuksia.

Molekyylien vuorovaikutukset

Polaariset liuottimet liuottavat molekyyliliuoksia myös vetysidoksen tai dipoli-dipoli-vuorovaikutusten avulla. Esimerkiksi vesi liuottaa etanolia, koska molemmat pooliset aineet voivat muodostaa vetysidoksia.

Sekoitettaessa vesimolekyylit ympäröivät etanolimolekyylejä, jolloin etanolin sisällä olevat voimat katkeavat ja nämä kaksi ainetta voivat muodostaa yhtenäisen liuoksen.

Vastaavasti sokeri liukenee veteen, koska sen hydroksyyliryhmät (OH) ovat vuorovaikutuksessa liuottimen kanssa. Vesimolekyylit kiinnittyvät näihin ryhmiin, jolloin kiinteä rakenne rikkoutuu ja sokerimolekyylit hajoavat.

Poolittomat liuottimet

Epänapaiset liuottimet liuottavat aineita, joita pooliset liuottimet eivät pysty liuottamaan. Niiden tasaisesti jakautuneet elektronit eivät johda varausten erottumiseen, joten ne ovat ihanteellisia poolittomien aineiden, kuten öljyjen, rasvojen ja vahojen liuottamiseen. Nämä liuottimet käyttävät heikkoja voimia vuorovaikutuksessa liukenevien aineiden kanssa ja muodostavat liuoksia.

Poolittomien liuottimien ominaisuudet

Epänapaisissa liuottimissa on molekyylejä, joiden elektronit ovat jakautuneet tasaisesti, joten niissä ei ole positiivisia tai negatiivisia alueita. Tämä tasainen varausjakauma estää niitä liuottamasta ionisia tai polaarisia yhdisteitä, mutta se mahdollistaa niiden tehokkaan vuorovaikutuksen poolittomien aineiden kanssa.

Periaate "samanlainen liuottaa samanlaista" selittää, miksi poolittomat liuottimet sekoittuvat hyvin poolittomien aineiden kanssa. Esimerkiksi rasva liukenee heksaaniin mutta ei veteen. Epänapaisia liuottimia käytetään yleisesti esimerkiksi puhdistuksessa, öljyjen uuttamisessa ja hydrofobisten yhdisteiden liuottamisessa.

Van der Waalsin voimat

Epänapaiset liuottimet liuottavat liuenneita aineita heikkojen, väliaikaisten vetovoimien avulla, joita kutsutaan Van der Waalsin voimiksi. Nämä voimat syntyvät, kun elektronitiheyden pienet vaihtelut luovat ohimeneviä vetovoima-alueita molekyylien välille.

Vaikka Van der Waalsin voimat ovat heikompia kuin vetysidokset tai ioniset vuorovaikutukset, ne riittävät liuottamaan poolittomia aineita. Kun esimerkiksi heksaania sekoitetaan rasvaan, nämä heikot voimat hajottavat rasvan pienemmiksi hiukkasiksi ja hajottavat ne tasaisesti, jolloin syntyy tasainen liuos.

Esimerkkejä poolittomista liuottimista

• Heksaani (C₆H₁₄): Käytetään öljyjen uuttamiseen ja mekaanisten osien puhdistamiseen.
• Bentseeni (C₆H₆): Yleinen orgaanisessa synteesissä.
• Tolueeni (C₇H₈): Löytyy maaleissa, liimoissa ja kemiallisissa reaktioissa.
• Dietyylieetteri (C₄H₁₀O): Käytetään nukutusaineissa ja uuttamisessa.

Polaariset vs. poolittomat liuottimet

Organiset liuottimet

Orgaaniset liuottimet ovat hiilipohjaisia nesteitä, joita käytetään laajalti kemiassa erilaisten aineiden liuottamiseen. Ne voivat olla polaarisia tai poolittomia, joten niitä voidaan käyttää monipuolisesti sekä ionisten että poolittomien yhdisteiden kanssa. Niiden alhainen kiehumispiste ja haihtuvuus tekevät niistä erityisen hyödyllisiä teollisuudessa ja laboratoriossa.

Organisten liuottimien ominaisuudet

Orgaaniset liuottimet sisältävät hiiliatomeja molekyylirakenteissaan, ja ne ovat usein peräisin öljystä tai syntetisoitu kemiallisesti. Niiden haihtuvuuden ansiosta ne haihtuvat nopeasti, minkä vuoksi ne soveltuvat erinomaisesti prosesseihin, kuten puhdistukseen, tislaukseen tai uuttamiseen.

Riippuen niiden polaarisuudesta orgaaniset liuottimet voivat liuottaa erityyppisiä liuottimia:

• Polaariset orgaaniset liuottimet: Ne sekoittuvat hyvin veteen ja liuottavat polaarisia liuottimia.
• Poolittomat orgaaniset liuottimet: Nämä liuottavat tehokkaasti hydrofobisia aineita, kuten öljyjä tai rasvoja.

Seuraavassa on joitakin yleisesti käytettyjä orgaanisia liuottimia:

• Asetoni (CH₃COCH₃): Polaarinen liuotin, jonka kiehumispiste on 56 °C. Sitä käytetään puhdistusaineissa ja kynsilakanpoistoaineissa.
• Tolueeni (C₇H₈): Epäpolaarinen liuotin, jonka kiehumispiste on 111 °C. Käytetään maaleissa, liimoissa ja kemiallisessa synteesissä.
• Etanoli (C₂H₅OH): Polaarinen liuotin, jonka kiehumispiste on 79 °C. Sitä käytetään yleisesti laboratorioliuoksissa ja hajuvesissä.

Lisää tietämystäsi liuottimista

Etsi tutoria käyttämällä ilmaisuja kuten "kemian tukiopettaja Espoo" tai "kemian opettaja Forssa" alustoilla kuten meet'n'learn. Löydät jonkun, joka voi räätälöidä oppitunteja tarpeidesi mukaan.

Jos haluat mieluummin oppia ryhmässä, etsi verkossa hakusanoilla "kemian kurssi Kuopio" tai "kemian tunnit Kajaani". Haku johdattaa sinut lähistöllä sijaitsevien kemian tukiopettajien luo.

Liuotin: Usein kysytyt kysymykset

1. Mikä on liuotin?

Liuotin on aine, joka liuottaa liuenneen aineen muodostaen liuoksen, jota on tyypillisesti suurin määrä.

2. Mitä ovat polaariset liuottimet?

Polaarisilla liuottimilla on molekyylejä, joiden varausjakauma on epätasainen, minkä ansiosta ne voivat liuottaa ionisia ja polaarisia aineita, kuten suoloja ja sokereita.

3. Mitä ovat poolittomat liuottimet?

Epäpolaarisissa liuottimissa ei ole varausten jakautumista, ja ne liuottavat poolittomia aineita, kuten öljyjä, vahoja ja rasvoja.

4. Miten pooliset protiset liuottimet eroavat poolisista aprotisista liuottimista?

Pooliset protoniset liuottimet voivat muodostaa vetysidoksia, kun taas pooliset aprotiset liuottimet eivät voi, vaikka molemmat liuottavat ionisia yhdisteitä.

5. Miksi vesi on yleisliuotin?

Vettä kutsutaan universaaliliuottimeksi, koska sen poolisuuden ansiosta se pystyy liuottamaan useampia aineita kuin mikään muu liuotin.

6. Ovatko kaikki orgaaniset liuottimet poolittomia?

Kaikki orgaaniset liuottimet eivät ole poolittomia; jotkut, kuten asetoni ja etanoli, ovat poolisia ja liuottavat ionisia ja poolisia yhdisteitä.

Lähteet:

1. LibreTexts Chemistry
2. ThoughtCo
3. Wikipedia