Растворяющая сила воды

Как происходит растворение CaCО3 без участия углекислоты, не совсем ясно. Rcdisster

Дистиллированная вода - один из самых мощных растворителей.

Это связано с глобальными законами. Природа не любит пустоты. Энтропия (мера неупорядоченности, хаоса, кинетической энергии, движения) стремится к увеличению. Самая неустойчивая системпа - эта та, у которой потенциальная энергия большая, а кинетическая равна нулю. Пример - шарик на вершине купола. Пока шарик неподвижен, его кинетическая энергия (энтропия) равна нулю, а имеющаяся потенциальная энергия хочет уменьшиться. Малейшее влияние, и шарик летит вниз, увеличивая скорость, т.е. кинетическую энергию, и теряя потенциальную.

В химии действуют те же законы. Ионы кальция и карбонат-ионы, находясь в кристаллической решетке имеют кинетическую энергию несравнимо меньше, чем когда они плавают в воде. И эти ионы очень хотят увеличить свою кинетическую энергию. Обычно их выход в воду сопровождается протеканием еще и обратного процесса - кристаллизацией тех ионов, которые раньше плавали в воде, но решили стать твердыми для выиграша в потенциальной энергии. В конце концов любая замкнутая система приходит в равновесие и количество растворяющихся ионов становится равным количеству кристаллизующихся.

Помещая кусок мела в дистиллированную воду, т.е. в аналог пустоты (в т.ч. кипяченую, т.е. без СО2) мы имеем систему, которая находится предельно далеко от равновесия (шарик на вершине горы). Осаждаться, кристаллизоваться некому, но есть те, кто хочет увеличить свою степень свободы. Результат - ионы начинают растворяться с бешенной силой пока система не начнет приближаться к равновесию, т.е. пока не появятся те кто захочет обратно в кристаллическую решетку.

Если интересует механизм выхода ионов в воду, то он прост и сложен одновременно.
Простота - диполи воды подплывают к торчащим ионам, к тем, что на поверхности и формируют координационное окружение. Имеющиеся связи в ионной кристаллической решетке не есть что-то постоянное. Там тоже существуют колебания. противоионы удаляются и приближаются, а иногда они удаляются друг от друга на столько, что какому-нибудь диполю воды удается влезть посередине. Результат - разрушение кристаллической решетки, отщепление одного из ионов.

Этот процесс можно сравнить с атакой львов на стадо слонов. Слоны стараются быть вместе, в стаде, но растояние между ними все время меняется. И вот иногда какой-нибудь слоненок оказывается с краю и немного далековато от остальных слонов. Тогда львы внедряются между слоненком и стадом и уже не дают им воссоедениться. Львы, как лиганды-диполи, отгоняют слоненка от стада (кристалла).

То же самое происходит не только с карбонатом кальция, но и с любым другим веществом, в т.ч. с металлом, стеклом. Дистиллированная вода вытягивает из стекла кремний и натрий, а из метала - ионы металла.
Именно поэтому в закрытые контуры обязательно заливают различные ингибиторы коррозии, т.е. химию, которая будет препятствовать растворению металла в воде.

P.S. Прошу прощения, что долго не отвечал на поставленный вопрос. Работа - командировки - дети

Если отвлечься от эпичности обрисованного процесса и перейти к языку сухих цифр, то процесс растворения мела в воде описывается простой формулой, связанно с произведением растворимости (ПР).
ПР=[Ca²⁺]*[CO₃^2-]
При этом значение термодинамического ПР для данного соединения - величина постоянная и табулированная (при фиксированной температуре, нулевой ионной силе и прочих стандартных условиях)
ПР(CaCO3) = 4*10^–9 моль²*л^–2
Растворимость же карбоната кальция равна корню квадратному из произведения растворимости, то есть 7.1*10^–5 моль/л (то есть около 7 ммоль/л) или в переводе к весовым концентрациям - 7.1мг/л (не путать с мг-экв/л!). А уж много это или мало, решайте сами .
Конечно же мы не учитываем, что в дистиллированной воде растворим углекислый газ, смещающий равновесие в сторону улучшения растворения карбонатов и прочие побочные процессы, раз уж мы договорились, что вода была дистиллированной.

Мы договаривались, что вода дистиллированная, только что закипевшая (т.е. как бы нет углекислого газа).
За ответ Темному спасибо.

Занимательный пример активности чистой воды: при перевозке дистиллированной воды в стальной цистерне, последняя будет корродировать быстрее, чем если в ней возить концентрированную серную кислоту.

Просто концентрированная серная кислота пассивирует железо (и обычные его сплавы, из которых делают цистерны), поэтому и не растворяет цистерну.