- Megoldás folyamata
- Energia szempontjai
- Intermolekuláris interakciók
- A hidratáció különbségei
- Példák
- Kalcium-klorid
- Karbamid
- Ammónium-nitrát
- Irodalom
A szolvatálás az oldott részecskék és az oldatban lévő fizikai és kémiai kötés. Az oldhatóság fogalmától abban különbözik, hogy a szilárd anyag és annak oldott részecskéi között nincs termodinamikai egyensúly.
Ez az unió felelős az oldott szilárd anyagok "eltűnéséért" a nézők szempontjából; amikor a valóságban a részecskék nagyon kicsikké válnak és "becsomagolódnak" az oldószermolekulák lapjaiba, így lehetetlenné teszik őket.
Forrás: Gabriel Bolívar
Az M részecske szolvatációjának nagyon általános vázlata a felső képen látható: M lehet ion (M +) vagy molekula; és S jelentése oldószermolekula, amely bármilyen folyékony vegyület lehet (bár lehet gáznemű is).
Vegye figyelembe, hogy az M hat S molekula körül van, amelyek alkotják az úgynevezett elsődleges szolvatációs gömböt. A nagyobb távolságon lévő többi S molekula kölcsönhatásba lép a Van der Waals erõivel az elõzõkkel, másodlagos szolvatációs gömböt képezve és így tovább, amíg bizonyos sorrend nem nyilvánvaló.
Megoldás folyamata
Forrás: Gabriel Bolívar
Molekulárisan hogyan megy végbe a szolvatációs folyamat? A fenti kép összefoglalja a szükséges lépéseket.
Az oldószermolekulákat, amelyek kék színűek, először rendezik, és egymással kölcsönhatásba lépnek (SS); és a lila oldott részecskék (ionok vagy molekulák) ugyanezt teszik erős vagy gyenge MM kölcsönhatásokkal.
A szolvatáció előfordulásához mind az oldószernek, mind az oldott anyagnak meg kell bővülnie (második fekete nyíl), hogy lehetővé váljon az oldott anyag és az oldószer (MS) kölcsönhatása.
Ez feltétlenül magában foglalja az oldott-oldott és az oldószer-oldószer kölcsönhatások csökkenését; csökkenés, amely energiát igényel, és ezért ez az első lépés endoterm.
Miután az oldott anyag és az oldószer molekulárisan kibővült, a két keverjük össze és kicseréljük helyet a térben. A második kép minden lila köre összehasonlítható az első kép körével.
A részecskék sorrendjének változása a képen részletezhető; az elején rendelt, a végén rendezetlen. Következésképpen az utolsó lépés exoterm, mivel az új MS interakciók kialakulása az oldatban lévő összes részecskét stabilizálja.
Energia szempontjai
A szolvatációs folyamat mögött számos energetikai szempont van, amelyeket figyelembe kell venni. Először: SS, MM és MS interakciók.
Amikor az MS kölcsönhatások, azaz az oldott anyag és az oldószer között, sokkal magasabbak (erős és stabil), mint az egyes komponensek, akkor exoterm szolvatációs folyamatról beszélünk; és ezért az energia felszabadul a közegbe, amely igazolható a hőmérséklet növekedésének hőmérővel történő megmérésével.
Ha viszont az MM és az SS kölcsönhatások erősebbek, mint az MS, akkor a „kiterjesztéshez” több energiára van szükségük, mint amennyit a szolválás befejezése után nyernek.
Akkor endoterm szolvatációs folyamatról beszélünk. Ilyen esetben a hőmérséklet csökkenését regisztrálják, vagy ugyanazt a környezetet lehűtik.
Két alapvető tényező határozza meg, hogy az oldott anyag oldódik-e az oldószerben. Az első a megoldás entalpiás változása (ΔH dis), ahogyan a fent kifejtettük, és a második az oldott és az oldott oldott anyag közötti entrópia változás (ΔS). Általában az AS a rendellenesség fentiekben említett növekedésével társul.
Intermolekuláris interakciók
Megemlítették, hogy az oldódás az oldott anyag és az oldószer közötti fizikai és kémiai kötés eredménye; pontosan milyenek ezek a kölcsönhatások vagy szakszervezetek?
Ha az oldott anyag egy ion, M +, akkor az úgynevezett ion-dipól kölcsönhatások (M + -S) lépnek fel; és ha ez egy molekula, akkor dipólium-dipól kölcsönhatások vagy London szétszórt erők lépnek fel.
Amikor a dipól-dipól kölcsönhatásokról beszélünk, azt mondják, hogy M-ben és S-ben állandó dipól-pillanat van. Így az M δ-elektronban gazdag régiója kölcsönhatásba lép a S δ + elektronszegény régiójával. Mindezek eredménye Az interakciók több szolvatációs gömb kialakulása az M körüli körül.
Ezenkívül létezik egy másik típusú interakció is: a koordinációs. Itt az S molekulák koordinációs (vagy dative) kötéseket képeznek az M-mel, különféle geometriákat képezve.
Az oldott anyag és az oldószer közötti affinitás megfigyelésének és előrejelzésének alapvető szabálya: mint oldódik, mint. Ezért a poláris anyagok nagyon könnyen oldódnak azonos poláris oldószerekben; és a nem poláros anyagok nem poláros oldószerekben oldódnak.
A hidratáció különbségei
Forrás: Gabriel Bolívar
Mi különbözik a szolvatációtól a hidratálástól? A két azonos eljárás, azzal a különbséggel, hogy az S képletű molekulákat az első képben a víz, HOH helyettesíti.
A felső képen egy M + kation látható, amelyet hat H 2 O molekula vesz körül. Vegye figyelembe, hogy az oxigénatomok (vörös színű) a pozitív töltés felé irányulnak, mivel ez a leginkább elektronegatív, és ezért mindkettőnél a legnagyobb negatív sűrűség δ-.
Mögött az első hidratációs gömb, más vízmolekulák köré csoportosulnak a hidrogénkötések (OH 2 -OH 2). Ezek ion-dipól kölcsönhatások. A vízmolekulák azonban koordinációs kötéseket is képezhetnek a pozitív központtal, különösen, ha fémes.
Így a híres vízkomplexek, az M (OH 2) n származnak. Mivel a képen n = 6, a hat molekula az M köré irányul egy koordinációs oktaéderben (a hidratáció belső gömbje). Az M + méretétől, töltésének nagyságától és elektronikus elérhetőségétől függően ez a gömb lehet kisebb vagy nagyobb.
A víz talán a legcsodálatosabb oldószer: oldhatatlanul nagy mennyiségű oldott anyagot tartalmaz, túl poláris oldószer, és rendellenesen magas dielektromos állandóval rendelkezik (78,5 K).
Példák
Az alábbiakban három, vízben oldódó példát említünk.
Kalcium-klorid
Feloldva kalcium-klorid vízben, hő szabadul fel, mint a Ca 2+ kationok és a Cl - anionok szolvátja. A Ca 2+ -ot olyan vízmolekulák veszik körül, amelyek legalább hat (Ca 2+ -OH 2).
Hasonlóképpen, Cl - körül hidrogénatomok, a δ + régió víz (Cl - -H 2 O). A felszabadult hő felhasználható a jégtömeg megolvasztására.
Karbamid
Abban az esetben karbamid, ez egy szerves molekula megfelelő szerkezetű H 2 N - CO - NH 2. Amikor szolvatált, a H 2 O molekulák hidrogénkötéseket képeznek a két aminocsoport (-NH 2 -OH 2), és a karbonil-csoportot (C = O-H 2 O). Ezek a kölcsönhatások felelősek a vízben való nagyszerű oldhatóságért.
Hasonlóképpen, oldódása endotermikus, vagyis lehűti a víztartályt, ahova hozzáadják.
Ammónium-nitrát
Az ammónium-nitrát, mint a karbamid, olyan oldott anyag, amely az ionok szolvatálása után lehűti az oldatot. NH 4 + szoivatált hasonló módon Ca 2+, bár valószínűleg a tetraéderesen annak kisebbek H 2 O molekulák körülötte; és a NO 3 - szoivatált ugyanúgy, mint Cl - (OH 2 -O 2 NO- H 2 O) anionok.
Irodalom
- Glasstone S. (1970). Kémiai és Fizikai Szerződés. Aguilar, SA, Madrid, Spanyolország.
- Whitten, Davis, Peck és Stanley. Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
- Ira N. Levine. (2014). A fizikokémia alapelvei. Hatodik kiadás. Mc Graw Hill.
- Chemicool szótár. (2017). A megoldás meghatározása. Helyreállítva: chemicool.com
- Belford R. (második). Megoldási folyamatok. Kémia LibreTexts. Helyreállítva: chem.libretexts.org
- Wikipedia. (2018). Szolvatációját. Helyreállítva: en.wikipedia.org
- Hardinger A. Steven. (2017). A szerves kémia szemléltetett szótára: Megoldás. Helyreállítva: chem.ucla.edu
- Surf Guppy. (Sf). A megoldás folyamata. Helyreállítva: surfguppy.com