РЕШЕНИЕ: ПРОЦЕС, РАЗЛИКИ С ХИДРАТАЦИЯ И ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2025

В Солватирането е физично и химично свързване между разтворените частици и разтворител в разтвор. Тя се различава от концепцията за разтворимост по това, че няма термодинамично равновесие между твърдо вещество и неговите разтворени частици.

Този съюз е отговорен за разтворените твърди частици, които „изчезват“ с оглед на зрителите; когато в действителност частиците стават много малки и в крайна сметка се „увиват“ в листа от молекули на разтворител, което ги прави невъзможни за наблюдение.

Източник: Габриел Боливар

В горното изображение е представена много обща скица на разтварянето на частица М. М може да бъде или йон (М ⁺), или молекула; и S е молекулата на разтворителя, която може да бъде всяко съединение в течно състояние (въпреки че може да бъде и газообразно).

Обърнете внимание, че М е заобиколен от шест молекули на S, които съставляват това, което е известно като сферата на първичното разтваряне. Други S молекули на по-голямо разстояние взаимодействат от силите на Ван дер Ваалс с първите, образувайки сфера на вторично разтваряне и т.н., докато известно подреждане не е очевидно.

Процес на разтваряне

Източник: Габриел Боливар

Молекулно как протича процесът на разтваряне? Изображението по-горе обобщава необходимите стъпки.

Молекулите на разтворителя, които са сини на цвят, първоначално са подредени, всички взаимодействащи помежду си (SS); и лилавите разтворени частици (йони или молекули) правят същото при силни или слаби ММ взаимодействия.

За да се получи разтваряне, разтворителят и разтворителят трябва да се разширят (втора черна стрелка), за да позволят взаимодействия разтворител (MS).

Това непременно предполага намаляване на взаимодействието разтворител и разтворител и разтворител; намаление, което изисква енергия и затова тази първа стъпка е ендотермична.

След като разтворителят и разтворителят се разширят молекулярно, двете се смесват и обменят места в пространството. Всеки лилав кръг във второто изображение може да се сравни с този от първото изображение.

Промяна в степента на подреждане на частиците може да бъде подробно описана на изображението; подредени в началото и неразбрани в края. В резултат на това последната стъпка е екзотермична, тъй като образуването на новите взаимодействия на MS стабилизира всички частици в разтвора.

Енергийни аспекти

Зад процеса на разтваряне има много енергийни аспекти, които трябва да бъдат взети под внимание. Първо: SS, MM и MS взаимодействия.

Когато взаимодействията на MS, тоест между разтвореното вещество и разтворителя, са много по-високи (силни и стабилни) в сравнение с тези на отделните компоненти, говорим за екзотермичен процес на разтваряне; и следователно, енергията се отделя в средата, което може да се провери чрез измерване на повишаването на температурата с термометър.

Ако, напротив, взаимодействията MM и SS са по-силни от взаимодействията на MS, тогава за да се разширят, те ще се нуждаят от повече енергия, отколкото печелят, след като разтварянето приключи.

Тогава говорим за процес на ендотермично разтваряне. При това положение се регистрира спад в температурата или в същото, околността се охлажда.

Има два основни фактора, които диктуват дали разтворът се разтваря в разтворител или не. Първата е енталпичната промяна на разтвора (ΔH _dis), както беше обяснено току-що, и втората е промяната на ентропията (ΔS) между разтвореното и разтвореното разтворено вещество. Като цяло ΔS се свързва с увеличаването на разстройството също споменато по-горе.

Междумолекулни взаимодействия

Беше споменато, че разтварянето е резултат от физическата и химическата връзка между разтвореното вещество и разтворителя; обаче какви са тези взаимодействия или обединения?

Ако разтвореното вещество е йон, М ⁺, възникват така наречените йон-диполни взаимодействия (M ⁺ -S); и ако това е молекула, тогава ще има дипол-диполни взаимодействия или разпръскващи сили в Лондон.

Когато говорим за дипол-диполни взаимодействия, се казва, че има постоянен диполен момент в M и S. По този начин богатият на δ-електрон електрон M взаимодейства с δ + електронно беден регион на S. Резултатът от всички тези Взаимодействията е формирането на няколко сфери на солтация около М.

Освен това има и друг тип взаимодействие: координационното. Тук S молекулите образуват координационни (или дативни) връзки с М, образувайки различни геометрии.

Основно правило за запаметяване и прогнозиране на афинитета между разтворен и разтворител е: като разтваря като. Следователно, полярните вещества се разтварят много лесно в еднакво полярни разтворители; и неполярни вещества се разтварят в неполярни разтворители.

Разлики с хидратация

Източник: Габриел Боливар

По какво се различава солтацията от хидратацията? Двата идентични процеса, с изключение на това, че молекулите S, в първото изображение, се заменят с тези на вода, HOH.

В горното изображение можете да видите катион М ^+, заобиколен от шест молекули H ₂ O. и двете имат най-висока отрицателна плътност δ-.

Зад първата хидратационна сфера други водни молекули са групирани около водородни връзки (OH ₂ -OH ₂). Това са йоно-диполни взаимодействия. Въпреки това водните молекули могат да образуват координационни връзки с положителния център, особено ако е метален.

Така произхождат известните водни комплекси, M (OH ₂) _n. Тъй като n = 6 на изображението, шестте молекули са ориентирани около M в координационен октаедър (вътрешната сфера на хидратация). В зависимост от размера на M ⁺, големината на неговия заряд и електронната му наличност тази сфера може да бъде по-малка или по-голяма.

Водата е може би най-удивителният разтворител от всички: тя разтваря неизмеримо количество разтворители, е твърде полярен разтворител и има ненормално висока диелектрична константа (78,5 К).

Примери

Три примера за разтваряне във вода са споменати по-долу.

Калциев хлорид

Разтваряйки калциев хлорид във вода, топлината се освобождава като катиони Ca ²⁺ и солвати на Cl ^- аниони. Са ²⁺ е заобиколен от множество водни молекули, равни на или по-големи от шест (Са ²⁺ -ОН ₂).

По същия начин, CI ^- е заобиколен от водородни атоми, по δ + региона на вода (Cl ^- -Н ₂ О). Освободената топлина може да се използва за топене на ледени маси.

урея

В случай на карбамид, е органична молекула със структурата H ₂ N - СО - NH ₂. Когато солватирана, на H ₂ O молекули образуват водородни връзки с две амино групи (-NH ₂ -OH ₂) и с карбонилна група (С = О-H ₂ O). Тези взаимодействия са отговорни за голямата му разтворимост във вода.

По същия начин разтварянето му е ендотермично, тоест охлажда резервоара за вода, където се добавя.

Амониев нитрат

Амониевият нитрат, подобно на карбамида, е разтворимо вещество, което охлажда разтвора след разтварянето на неговите йони. NH ₄ ⁺ е солватиран в подобен начин на Са ²⁺, въпреки че вероятно поради четиристенен геометрия това има по-малко H ₂ O молекули около него; и NO ₃ ^- е солватиран по същия начин като Cl ^- (ОН ₂ -О ₂ NO- H ₂ O) аниони.

Препратки

1. Glasstone S. (1970). Договор за химия и физика. Aguilar, SA, Мадрид, Испания.
2. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
3. Ира Н. Левайн. (2014). Принципи на физикохимията. Шесто издание. Mc Graw Hill.
4. Chemicool Dictionary. (2017). Определение за решение. Възстановено от: chemicool.com
5. Белфорд Р. (втори). Процеси на разтваряне. Химия LibreTexts. Възстановено от: chem.libretexts.org
6. Wikipedia. (2018). Хидратация. Възстановено от: en.wikipedia.org
7. Хардингер А. Стивън. (2017). Илюстрован речник на органичната химия: разтваряне. Възстановена от: chem.ucla.edu
8. Сърф Гупи. (SF). Процесът на решаване. Възстановени от: surfguppy.com