Voda jako solvent

Přesunutí náboje, která dává některé vlastnosti nabitého iontu v podstatě neiontové látce, přináší vodě její široké využití jako solventu (rozpouštědla). Proces rozpouštění vyžaduje chemickou přitažlivost mezi rozpouštědlem a rozpuštěnou látkou. Polární (iontový) solvent tak nemůže rozpustit zcela neutrální látku a podobně nepolární solvent nerozpustí iontovou látku. Vzhledem k separaci náboje ve své molekule voda působí jako polární rozpouštědlo a atakuje iontové krystaly např. solí a převádí je do roztoku.

Jak snadno jsou iontové látky rozpouštěny závisí na jejich přitažlivosti pro molekuly vody, což na oplátku závisí na jejich vlastním náboji (valenci, počtu elektronů ve vnější slupce atomu, o kterou je menší či větší než valenční slupka nejbližšího vzácného plynu) a na velikosti iontu. Velikost je důležitá, protože náboj iontu oslabuje, je-li přenášen přes velký povrch. Bude-li Z náboj iontu a r jeho poloměr, afinita k vodě může být vyjádřena jako iontový potenciál Z/r. Účinnost vody jako rozpouštědla nicméně nevzrůstá jednoduše se vzrůstajícím iontovým potenciálem látky. Ionty se Z/r poměrem menším než 3 nebo větším než 12 jsou rozpouštěny snadno, a látky s hodnotami mezi 3-12 však mají tendenci z roztoku precipitovat (vysrážet se, vypadávat z roztoku).

Ionty s iontovým potenciálem menším než 3 nazýváme kationty odvozené od kovů. Náboj je dostatečně přitažlivý pro rozpouštění vodou i pro tvorbu iontů vázaných s vodou (tzv. hydratovaných kationtů) v roztoku. Dobrými příklady jsou ionty sodíku, draslíku a vápníku.

Poloměr iontu není jen jednoduchou funkcí atomové hmotnosti; mnohé těžší prvky mají velmi malý poloměr navzdory vysoké hmotnosti a vysokému náboji.  Tyto látky se Z/r poměrem mezi 3 a 12 mají dostatečný náboj, aby přitáhly kyslík v molekule vody tak blízko, že se v ní oslabí vazba mezi tímto kyslíkem a jedním z vodíků; tento vodíkový iont je pak uvolněn a vytváří se hydroxid kovu. Tyto hydroxidy mají jen malý zbytkový náboj, nepřitahují tedy molekuly vody a precipitují z roztoku. Dobrým příkladem může být hliník či křemík. Podobně se chová i železo či mangan, ale tyto kovy mohou mít několik valenčních stavů a mohou se také chovat jako první skupina.

Třetí skupina, prvky s iontovým potenciálem větším než 12, mají tak velkou přitažlivost pro kyslík v molekule vody, že jsou od něj odtrženy oba vodíkové ionty (ty se navážou na další molekuly vody, vytvářejí hydroniový kation H₃O⁺ a zůstávají v roztoku) a tvoří se oxy-aniont. Tyto oxy-anionty jsou nazývány komplexními ionty, protože sestávají ze dvou prvků, a jejich iontový potenciál (na rozdíl od potenciálu prvků, ze kterých se skládají) je snížen na hodnotu, při které přitahují molekuly vody a zůstávají v roztoku. Dobrým příkladem této skupiny jsou dusičnany, uhličitany a sírany. Fosforečnany jsou blízko hranice mezi rozpustnými oxy-anionty a nerozpustnými látkami druhé skupiny.

Polární vlastnosti molekuly vody a náboje dalších prvků tedy do značné míry určují rozpustnost těchto látek. Odráží se to i ve výskytu anorganických látek ve vodě v přírodě, kdy nejčastěji nacházenými látkami jsou snadno rozpustné Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, HCO₃^-, SO₄^2- a Cl^-.

Konečné složení vody je nicméně výsledkem i dostupností jednotlivých prvků v zemské kůře dané oblasti. Vzhledem k této limitaci téměř žádný ze snadno rozpustných prvků ve vodě nedosáhne saturace, s výjimkou podmínek velmi vysokého vypařování. Navíc ve směsi iontů může afinita jednoho k druhému přesáhnout jejich afinitu k molekulám vody a vést k precipitaci. Jako příklad lze uvést vápník a uhličitanovou skupinu, které jsou každá zvlášť snadno rozpustné, ale při společném výskytu se snadno srážení jako nerozpustný CaCO₃. Přírodní voda je následkem uvedených procesů velmi zředěný roztok iontů; sladká voda je naředěná více, naopak mořská je koncentrovanější v důsledku vypařování.