- Процес розчинення
- Енергетичні аспекти
- Міжмолекулярні взаємодії
- Відмінності з гідратацією
- Приклади
- Хлорид кальцію
- Сечовина
- Аміачна селітра
- Список літератури
Сольватації є фізична і хімічний зв'язок між частинками розчиненої речовини і розчинника в розчині. Він відрізняється від поняття розчинності тим, що між твердою речовиною та її розчиненими частинками немає термодинамічної рівноваги.
Цей союз несе відповідальність за те, що розчинені тверді речовини "зникають" з огляду на глядачів; коли насправді частинки стають дуже маленькими і в кінцевому підсумку «загортаються» в листи молекул розчинника, що робить їх неможливим спостерігати.
Джерело: Габріель Болівар
На верхньому зображенні представлений дуже загальний ескіз сольватації частинки М. М може бути іоном (М + ) або молекулою; і S - молекула розчинника, яка може бути будь-якою сполукою в рідкому стані (хоча вона також може бути газоподібною).
Зауважимо, що M оточений шістьма молекулами S, які складають те, що відомо як сфера первинного сольвації. Інші молекули S на більшій відстані взаємодіють силами Ван-дер-Ваальса з першими, утворюючи сферу вторинного сольватування тощо, поки деяке впорядкування не стане очевидним.
Процес розчинення
Джерело: Габріель Болівар
Молекулярно, як відбувається процес сольвації? На зображенні вище узагальнено необхідні кроки.
Молекули розчинника, синього кольору, спочатку упорядковуються взаємодіючи між собою (СС); і фіолетові розчинені частинки (іони або молекули) роблять те саме при сильних або слабких взаємодіях ММ.
Щоб відбулося розчинення, і розчинник, і розчинник повинні розширюватися (друга чорна стрілка), щоб дозволити взаємодію розчинник-розчинник (MS).
Це неодмінно передбачає зменшення взаємодії розчинник і розчинник; зменшення, яке вимагає енергії, і тому цей перший крок є ендотермічним.
Як тільки розчинник і розчинник розширюються молекулярно, вони змішуються і обмінюються місцями в просторі. Кожне фіолетове коло на другому зображенні можна порівняти з тим, яке є на першому зображенні.
Зміна ступеня впорядкованості частинок може бути деталізовано на зображенні; впорядкований на початку, а невпорядкований в кінці. Як наслідок, останній крок є екзотермічним, оскільки утворення нових взаємодій МС стабілізує всі частинки в розчині.
Енергетичні аспекти
За процесом сольвації є багато енергетичних аспектів, які необхідно враховувати. По-перше: взаємодії SS, MM та MS.
Коли взаємодії МС, тобто між розчинником та розчинником, значно вищі (сильні та стабільні) порівняно з реакціями окремих компонентів, ми говоримо про екзотермічний процес сольвації; і, отже, виділяється енергія на середовище, що можна перевірити, вимірюючи підвищення температури термометром.
Якщо ж, навпаки, взаємодія ММ і СС сильніша за взаємодії МС, то для "розширення" їм буде потрібно більше енергії, ніж вони отримують, коли рішення закінчиться.
Тоді ми говоримо про процес ендотермічного сольвації. У цьому випадку зафіксовано падіння температури або те, що те саме, оточення охолоджується.
Є два основні фактори, які диктують, чи розчиняється розчинник у розчиннику чи ні. Перша - це зміна ентальпії розчину (ΔH dis ), як тільки було пояснено, а друге - зміна ентропії (ΔS) між розчиненим розчиненим та розчиненим розчинним розчином. Як правило, ΔS асоціюється зі збільшенням розладу, про який також говорилося вище.
Міжмолекулярні взаємодії
Згадувалося, що сольвація є результатом фізичної та хімічної зв'язку між розчинником та розчинником; однак, які саме ці взаємодії чи спілки схожі?
Якщо розчинним розчином є іон, M + , виникають так звані іонно-дипольні взаємодії (M + -S); і якщо це молекула, то будуть дипольно-дипольні взаємодії або лондонські сили розсіювання.
Говорячи про диполь-дипольні взаємодії, кажуть, що в M і S. існує постійний дипольний момент. Таким чином, область M, багата на електрони M, взаємодіє з δ + електронно-бідною областю S. Результат усіх цих Взаємодії - це утворення декількох сфер сольватації навколо М.
Крім того, існує ще один тип взаємодії: координаційна. Тут молекули S утворюють координаційні (або дативні) зв’язки з М, утворюючи різні геометрії.
Основним правилом запам'ятовування та прогнозування спорідненості між розчинником та розчинником є: як розчиняється, як. Тому полярні речовини дуже легко розчиняються в однаково полярних розчинниках; а неполярні речовини розчиняються в неполярних розчинниках.
Відмінності з гідратацією
Джерело: Габріель Болівар
Чим сольватація відрізняється від гідратації? Два однакових процеси, за винятком того, що молекули S на першому зображенні замінюються молекулами води, HOH.
На верхньому зображенні ви бачите катіон М +, оточений шістьма молекулами Н 2 О. Зверніть увагу, що атоми кисню (червоного кольору) орієнтовані на позитивний заряд, оскільки він є найбільш електронегативним і тому обидва мають найвищу негативну щільність δ-.
За першою сферою гідратації інші молекули води згруповані навколо водневих зв’язків (OH 2 -OH 2 ). Це іонно-дипольні взаємодії. Однак молекули води також можуть утворювати координаційні зв’язки з позитивним центром, особливо якщо він металевий.
Таким чином, беруть початок відомі водні комплекси, M (OH 2 ) n . Оскільки n = 6 на зображенні, шість молекул орієнтовані навколо М у координаційному октаедрі (внутрішня сфера гідратації). Залежно від розміру М + , величини його заряду та його електронної доступності ця сфера може бути меншою або більшою.
Вода - це чи не найдивовижніший розчинник із усіх: вона розчиняє незмірну кількість розчинних речовин, занадто полярний розчинник і має аномально високу діелектричну константу (78,5 К).
Приклади
Нижче згадуються три приклади розчинення у воді.
Хлорид кальцію
При розчиненні хлориду кальцію у воді виділяється тепло у вигляді катіонів Са 2+, а сольват Cl - аніонів . Са 2+ оточений низкою молекул води, рівних або більшим шести (Са 2+ -ОН 2 ).
Так само Cl - оточений атомами водню, δ + область води (Cl - -H 2 O). Виділене тепло може використовуватися для розплавлення маси льоду.
Сечовина
Що стосується сечовини, то це органічна молекула зі структурою H 2 N - CO - NH 2 . При сольватуванні молекули H 2 O утворюють водневі зв’язки з двома аміногрупами (-NH 2 -OH 2 ) та з карбонільною групою (C = O-H 2 O). Ці взаємодії обумовлюють його велику розчинність у воді.
Так само його розчинення є ендотермічним, тобто охолоджує ємність з водою, куди вона додається.
Аміачна селітра
Нітрат амонію, як і сечовина, - це розчин, який охолоджує розчин після сольвації його іонів. NH 4 + сольватований аналогічно Ca 2+ , хоча, ймовірно, завдяки своїй тетраедричній геометрії він має менше молекул H 2 O; і NO 3 - сольватирують так само, як аніони Cl - (OH 2 -O 2 NO-H 2 O).
Список літератури
- Glasstone S. (1970). Договір хімії та фізики. Aguilar, SA, Мадрид, Іспанія.
- Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. Хімія. (8-е видання). CENGAGE Навчання.
- Іра Н. Левін. (2014). Принципи фізикохімії. Шосте видання. Mc Graw Hill.
- Хімічний словник. (2017). Визначення рішення. Відновлено з: chemicool.com
- Белфорд Р. (другий). Процеси вирішення. Хімія LibreTexts. Відновлено з: chem.libretexts.org
- Вікіпедія. (2018). Вирішення. Відновлено з: en.wikipedia.org
- Гардінгер А. Стівен. (2017). Ілюстрований словник органічної хімії: рішення. Відновлено: chem.ucla.edu
- Surf Guppy. (sf). Процес рішення. Відновлено: surfguppy.com