Chemie roztoků

Milióny lidí se každý den setkávají s roztoky. Mnozí již při snídani rozpouštějí cukr v čaji. Jenže: Co se vlastně děje s cukrem, když se rozpouští? A proč se nerozpustí třeba písek?
Chemicky je roztok homogenní směs různých druhů molekul. Homogenní znamená, že dva nebo více typů molekul jsou dokonale promíchány; o vodě a písku to zřejmě neplatí.

Rozpouštědla a rozpuštěné látky
Roztoky se zpravidla rozumějí pevné látky rozpuštěné v kapalinách, například instantní káva ve vodě, cukr v čaji, sůl ve vodě, prací prostředek ve vodě atd. Existují však i jiné typy roztoků. Některé plyny se rozpouštějí v kapalinách (sodovka). Existuje řada roztoků kapalin v kapalinách, plyny se mohou rozpouštět v pevných látkách a slitiny jsou roztoky pevných látek v pevných látkách.
Aby se vytvořil roztok, musí rozpouštědlo na rozpouštěnou látku vhodně působit. Například cukr je krystalické uspořádání molekul sacharosy. K rozpouštění je nutná energie, která rozruší krystalovou mřížku, aby se molekuly mohly v rozpouštědle rozptýlit. Molekuly vody přitahují molekuly sacharosy v důsledku svého „polárního“ charakteru. Atom kyslíku v molekule vody je slabě záporný, atomy vodíku slabě kladné. Molekuly vody se proto vzájemně váží (z tohoto důvodu je také voda kapalná při pokojové teplotě; jinak většina malých molekul tvoří při takové teplotě plyn). Molekuly vody přitahují (tj. rozpouštějí) i jiné „polární“ sloučeniny, mající stejně jako cukr mnoho skupin OH v molekule.

Molekuly a sloučeniny
Obdobně, ale se slabším přitahováním, rozpouštějí nepolární molekuly (například uhlovodíky) jiné nepolární sloučeniny (například tuky). Moderní čisticí prostředky můžeme považovat za jakýsi kompromis: Část molekul se rozpouští v tucích a část ve vodě, takže molekula vytváří jakýsi most, který vlastně umožní rozpouštění tuků ve vodě.
Některé sloučeniny (například líh) se dokonale rozpouštějí jak ve vodě, tak v uhlovodících – v látkách, jež jsou vzájemně nerozpustné. Jiné sloučeniny jsou podle chemické struktury spíše rozpustné v polárních, jiné v nepolárních rozpouštědlech. Iontové sloučeniny se spíše rozpouštějí v polárních rozpouštědlech (voda, alkohol aj.), kovalentní sloučeniny jsou rozpustné spíše v nepolárních rozpouštědlech (uhlovodíky, chloroform, benzen a jiné).
Na přitažlivost mezi jednotlivými molekulami v roztoku soudíme podle zmenšení objemu. Když například smísíme vodu rovným dílem s lihem, celkový objem roztoku tvoří jen 97% součtu objemů obou složek.
Když se látka nerozpustí, je tomu tak proto, že rozpouštědlo nepřekonalo její mezimolekulární síly. U každé látky ovšem existují hranice rozpustnosti, jež se mohou měnit podle teploty – teplé rozpouštědlo většinou rozpustí více látky než studené.
Roztok obsahující maximální množství rozpouštěné látky se nazývá nasycený. V horké kapalině se dá zpravidla rozpustit více pevné látky (ale méně plynu) než ve studené. Jestliže tedy rozpustíme ve vařící vodě maximální množství pevné látky, část z ní zpravidla krystalizuje při snížení teploty. Tak se pěstují krystaly ve školních laboratořích.
Rozpuštěná látka do určité míry mění vlastnosti rozpouštědla. Například čistá voda tuhne při 0ºC a při 100ºC vře. Bod tuhnutí roztoku soli ve vodě je nižší než 0ºC; proto se v zimě sype na silnici sůl, aby se netvořil led. Klesne-li teplota vzduchu pod asi - 18ºC, je tento postup neúčinný, protože směs vody a soli při této teplotě tuhne.
Koloidní roztoky tvoří přechod mezi roztokem a suspenzí (pevné částice rozptýlené v kapalině). Ovocné želé je jedním typem koloidního roztoku, barva v tubě druhým. Želé tuhne při ochlazování a taje při zahřívání, barva je tekutější, když se roztírá, a tužší, když se nechá v klidu. Tak rozdílné mohou být různé typy koloidů.

Osmotický tlak
Důležitou vlastností roztoků je existence takzvaného osmotického tlaku. Jestliže roztok oddělíme „polopropustnou“ membránou od čistého rozpouštědla, molekuly rozpouštědla membránou procházejí a roztok ředí. Naproti tomu však molekuly rozpuštěné látky membránou projít nemohou.
Osmóza má velký význam pro živé organismy. Závisí na ní například pohlcování vody kořeny rostliny. Je-li v buňkách rostliny koncentrace rozpuštěných látek větší než ve vodě, která ji obklopuje, voda vniká dovnitř. Je-li tomu naopak – například ve velmi slaných půdách – voda z rostliny uniká a ta hyne. S osmózou se musí počítat také při očkování. Účinná léčivá látka je vstřikována injekcí jako roztok v chloridu sodném určité, přesně stanovené koncentrace (je to takzvaný isotonický roztok), aby v důsledku vyrovnávání osmotických tlaků mezi buňkami živého organismu a jejich okolím nedošlo k popraskání buněčných stěn a k poškození organismu.

Použitá literatura: Svět čísel, atomů a molekul (Albatros Praha, 1987)