Процес сольватації, відмінності з гідратацією і приклади



The сольватація - фізичний і хімічний союз між частинками розчинених речовин і розчинником в розчині. Він відрізняється від поняття розчинності тим, що не існує термодинамічної рівноваги між твердим речовиною і її розчиненими частинками.

Цей союз відповідає за те, що розчинені речовини "зникають" з огляду на глядачів; коли насправді, частинки стають дуже малими і в кінцевому підсумку "загорнуті" листами молекул розчинника, що робить неможливим їх спостереження.

У верхньому зображенні зображено дуже загальний нарис сольватації частинки М, М може бути або іоном (M+) або молекули; і S є молекулою розчинника, яка може бути будь-яким з'єднанням в рідкому стані (хоча вона також може бути газоподібною) \ t.

Зауважимо, що M оточений шістьма молекулами S, які складають те, що відомо як Первинна сфера сольватації. Інші молекули S на більшій відстані взаємодіють силами Ван-дер-Ваальса з першою, утворюючи вторинну сферу сольватації, і так далі, поки деякий порядок не є очевидним..

Індекс

  • 1 Процес сольватації
  • 2 Енергетичні аспекти
  • 3 Міжмолекулярні взаємодії
  • 4 Відмінності з гідратацією
  • 5 Приклади
    • 5.1 Хлорид кальцію
    • 5.2
    • 5.3 Аміачна селітра
  • 6 Посилання

Процес сольватації

Молекулярно, як відбувається процес сольватації? Наведене вище зображення підсумовує необхідні кроки.

Молекули розчинника, синього кольору, спочатку впорядковуються шляхом взаємодії один з одним (S-S); а частинки (іони або молекули) розчиненої речовини пурпурового кольору роблять те ж саме з сильними або слабкими M-M взаємодіями.

Для того, щоб відбувалася сольватація, і розчинник, і розчинена речовина повинні розширюватися (друга чорна стрілка), щоб забезпечити взаємодію розчинених речовин і розчинників (M-S).

Це обов'язково передбачає зменшення взаємодії розчиненої речовини та розчинника і розчинника; зменшення, яке вимагає енергії, і тому цей перший етап є ендотермічним.

Після молекулярного розширення розчиненої речовини та розчинника вони змішуються і обмінюються місцями в просторі. Кожне фіолетове коло на другому зображенні можна порівняти з першим зображенням.

Зміна ступеня впорядкування частинок може бути деталізована на зображенні; упорядкований на початку, і невпорядкований в кінці. Як наслідок, останній етап є екзотермічним, оскільки формування нових M-S взаємодій стабілізують всі частинки розчинення..

Енергетичні аспекти

За процесом сольватації існує багато енергетичних аспектів, які необхідно враховувати. По-перше: взаємодії S-S, M-M і M-S.

Коли M-S взаємодії, тобто між розчиненою речовиною і розчинником, є дуже переважаючими (сильними і стабільними), порівняно з такими індивідуальних компонентів, ми говоримо про екзотермічний процес сольватації; і, отже, енергія викидається в середовище, яку можна перевірити, вимірюючи підвищення температури за допомогою термометра.

Якщо, з іншого боку, M-M і S-S взаємодії сильніше, ніж M-S взаємодії, то для «розширення» їм знадобиться більше енергії, ніж вони отримують після завершення сольватації..

Потім говориться про процес ендотермічної сольватації. У такому випадку реєструється зниження температури, або те ж саме, навколишнє середовище охолоджується.

Існують два фундаментальних фактори, які диктують, чи розчиняється речовина в розчиннику. Перша - зміна ентальпії розчинення (ΔHdis), як це вже було пояснено, а друге - зміна ентропії (ΔS) між розчиненою речовиною і розчиненою речовиною. Як правило, ΔS асоціюється зі збільшенням порушення, також згаданого вище.

Міжмолекулярні взаємодії

Зазначалося, що сольватація є результатом фізичного і хімічного сполучення між розчиненим речовиною і розчинником; однак, наскільки саме ці взаємодії або спілки?

Якщо розчинена речовина є іоном, то M+, відбуваються так звані іон-дипольні взаємодії (М+-S); і якщо це молекула, то з Лондона будуть диполь-дипольні взаємодії або дисперсійні сили.

Якщо говорити про диполь-дипольні взаємодії, то говориться, що в M і S. є постійний дипольний момент. Таким чином, багата електрона область δ-М взаємодіє з бідною областю електронів δ + S. Взаємодіями є формування декількох сольваторних сфер навколо М.

Крім того, існує інший тип взаємодій: координатор. Тут молекули S утворюють координаційні (або дотивні) зв'язки з М, утворюючи різні геометрії.

Фундаментальним правилом для запам'ятовування і прогнозування спорідненості між розчиненою речовиною і розчинником є: рівний розчиняється до рівних. Тому полярні речовини дуже легко розчиняються в полярних розчинниках; і аполярні речовини розчиняються в неполярних розчинниках.

Відмінності з гідратацією

Чим сольватація відрізняється від гідратації? Дві ідентичні процеси, за винятком того, що молекули S, першого зображення, заміщені молекулами води H-O-H.

У верхньому зображенні ви можете побачити M катіон+ оточений шістьма молекулами Н2Зауважимо, що атоми кисню (червоні) спрямовані до позитивного заряду, оскільки він є найбільш електронегативним і тому має найбільшу негативну щільність δ.-.

За першою сферою гідратації інші молекули води групуються навколо водневими зв'язками (OH2-OH2). Це взаємодії іонно-дипольного типу. Однак молекули води також можуть утворювати координаційні зв'язки з позитивним центром, особливо якщо це металевий.

Таким чином, відомі аквакомплекси М (OH2)n. Як n = 6 на зображенні, шість молекул орієнтовані навколо M в октаедрі координат (внутрішньої сфери гідратації). Залежно від розміру М+, величина її заряду і його електронна доступність, згадана сфера може бути меншою або більшою.

Вода є, мабуть, найдивовижнішим розчинником: вона розчиняє нерозмірну кількість розчинених речовин, занадто полярний розчинник і має аномально високу діелектричну проникність (78,5 К).

Приклади

Нижче наведено три приклади сольватації у воді.

Хлорид кальцію

Розчиняючи хлорид кальцію у воді, виділяється тепло при сольвації катіонів Са2+ і Cl аніони-. Ca2+ оточений числом молекул води, що дорівнюють або перевищують шість (Ca2+-OH2).

Також, кл- оточений атомами водню, δ + область води (Cl--H2O). Виділене тепло може бути використано для розплавлення льодових мас.

Площа

Для випадку сечовини це органічна молекула зі структурою H2N-CO-NH2. При сольватировании молекули Н2Або утворюють водневі мости з двома аміногрупами (-NH2-OH2) і з карбонильной групою (C = O-H)2O). Ці взаємодії є причиною його великої розчинності у воді.

Також його розчинення є ендотермічним, тобто він охолоджує ємність для води, де вона додана.

Аміачна селітра

Нітрат амонію, як і сечовина, є розчиненою речовиною, яка охолоджує розчинення після сольватації її іонів. NH4+ сольвати аналогічно Са2+, хоча, мабуть, тому, що він має тетраедричну геометрію, він має менше молекул Н2Або навколо нього; і NO3- сольвати так само, як і аніони Cl- (OH2-O2NO-H2O).

Список літератури

  1. Glasstone S. (1970). Договір хімії та фізики. Aguilar, S.A., Мадрид, Іспанія.
  2. Уіттен, Девіс, Пек і Стенлі. Хімія (8-е изд.). CENGAGE Навчання.
  3. Іва Левіна. (2014). Принципи фізико-хімії. Шосте видання. Mc Graw Hill.
  4. Хімікологічний словник. (2017). Визначення Solvation Отримано з: chemicool.com
  5. Belford R. (s.f.). Процеси сольватації. Хімія LibreTexts. Отримано з: chem.libretexts.org
  6. Вікіпедія. (2018). Сольватація Отримано з: en.wikipedia.org
  7. Хардінгер А. Стівен. (2017). Ілюстрований глосарій органічної хімії: Solvation. Отримано з: chem.ucla.edu
  8. Прибій Гуппі. (s.f.). Процес розв'язання Отримано з: surfguppy.com