¿Por qué es tan difícil eliminar la sal del agua?

De las conferencias Feynman sobre física , vol. yo [1]:

Si ponemos un cristal de sal en el agua, ¿qué pasará? La sal es un sólido, un cristal, un arreglo organizado de “átomos de sal”. [...] En rigor, el cristal no está hecho de átomos, sino de lo que llamamos iones. Un ion es un átomo que tiene algunos electrones extra o ha perdido algunos electrones. En un cristal de sal encontramos iones de cloro (átomos de cloro con un electrón extra) e iones de sodio (átomos de sodio con un electrón perdido). Todos los iones se unen por atracción eléctrica en la sal sólida, pero cuando los ponemos en el agua encontramos, debido a las atracciones del oxígeno negativo y el hidrógeno positivo para los iones, que algunos de los iones se sueltan.

Figura 1-6

En la figura 1-6 vemos que se suelta un ion de cloro y otros átomos flotan en el agua en forma de iones. Esta imagen fue hecha con cierto cuidado. Observe, por ejemplo, que es más probable que los extremos de hidrógeno de las moléculas de agua estén cerca del ion de cloro, mientras que cerca del ion de sodio es más probable que encontremos el extremo de oxígeno, porque el sodio es positivo y el extremo de oxígeno del agua es negativo y se atraen eléctricamente.

Feynman ha hecho bien en explicarles el proceso desde el punto de vista atómico. Ahora viene la complejidad de separar la sal del agua en una solución salina. Durante el proceso de ebullición, las fuerzas intermoleculares se romperán entre las moléculas de agua y también entre los iones y las moléculas de agua.

Moléculas de agua ($\mathrm{H_2O}$) siendo menos masiva ($18.01528(33)$) que los otros dos iones individuales ($\mathrm{Na}$,$22.98976928(2)$–$\mathrm{Cl}$,$35.45(1)$), vuela fácilmente dejando iones de sodio y cloro. Estos iones una vez más se atraen entre sí para formar cristales. En otras palabras, se requiere energía para romper las fuerzas intermoleculares y liberar iones de la prisión para que se unan a sus compañeros.

Referencia

1. Conferencias de Feynman sobre física. vol. 1, págs. 1 a 6 (los números pueden variar según la edición).

En resumen, son difíciles de separar, porque aunque las moléculas son muy diferentes, tienen propiedades que las atraen entre sí.

El agua es una molecula polar. La molécula de oxígeno oxida las dos moléculas de hidrógeno, creando una carga positiva en el lado del hidrógeno y una carga negativa en el lado del oxígeno.

Por su parte, la sal está compuesta por sodio, un ion positivo, y cloro, un ion negativo. Las cargas en la molécula de agua atraen los iones con carga opuesta y los sacan del cristal de sal, rompiendo efectivamente la sal a nivel molecular.

Entonces, la energía que se necesita para separar las partículas nuevamente es esencialmente lo que se necesita para contrarrestar estas fuerzas de atracción.

Puede ver que la entalpía de hidratación es un proceso de dos pasos de solvatación y cristalización inversa. los$\Delta H_\mathrm{hydr}$es en realidad positivo, por lo que tienes que dar energía sólo para disolver el$\mathrm{NaCl}$en agua. Para separar el agua del$\mathrm{NaCl}$, debe tener en cuenta la entalpía de evaporación del agua y la entalpía de hidratación inversa:

La temperatura está en Kelvins, así que yendo alrededor de la$300\,\rm K$marque usted puede ver el$\Delta H_\mathrm{evap}$es$44\,\rm KJ/mol$. restando el$\Delta H_\mathrm{hydr}$, obtienes una menor$\Delta H$, lo que significa que la sal en realidad redujo la energía requerida para hervir el agua.