Proces solwatacji, różnice z uwodnieniem i przykłady



The solwatacja jest fizycznym i chemicznym związkiem cząsteczek substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika w roztworze. Różni się od koncepcji rozpuszczalności faktem, że nie ma równowagi termodynamicznej między ciałem stałym a jego rozpuszczonymi cząstkami.

To połączenie jest odpowiedzialne za rozpuszczone ciała stałe „znikają” w oczach widzów; kiedy w rzeczywistości cząsteczki stają się bardzo małe i kończą się „owinięte” arkuszami cząsteczek rozpuszczalnika, co uniemożliwia ich obserwację.

Na górnym obrazie przedstawiono bardzo ogólny szkic solwatacji cząstki M. M może być albo jonem (M+) lub cząsteczkę; a S jest cząsteczką rozpuszczalnika, która może być dowolnym związkiem w stanie ciekłym (chociaż może być również gazem).

Zauważ, że M jest otoczony przez sześć cząsteczek S, które tworzą tzw Pierwotna sfera solwatacji. Inne cząsteczki S w większej odległości oddziałują siłami Van der Waalsa z pierwszą, tworząc wtórną sferę solwatacji, i tak dalej, aż do momentu, gdy jakiś porządek nie będzie widoczny..

Indeks

  • 1 Proces solwatacji
  • 2 Aspekty energetyczne
  • 3 Interakcje międzycząsteczkowe
  • 4 Różnice w nawilżaniu
  • 5 Przykłady
    • 5.1 Chlorek wapnia
    • 5.2 Úrea
    • 5.3 Azotan amonu
  • 6 referencji

Proces solwatacji

Molekularnie, jak wygląda proces solwatacji? Zdjęcie powyżej podsumowuje niezbędne kroki.

Cząsteczki rozpuszczalnika, w kolorze niebieskim, są początkowo uporządkowane przez wzajemne oddziaływanie (S-S); a cząstki (jony lub cząsteczki) substancji rozpuszczonej o purpurowym zabarwieniu robią to samo z silnymi lub słabymi oddziaływaniami M-M.

Aby nastąpiła solwatacja, zarówno rozpuszczalnik, jak i substancja rozpuszczona muszą rozszerzać się (druga czarna strzałka), aby umożliwić interakcje rozpuszczony-rozpuszczalnik (M-S).

Oznacza to koniecznie zmniejszenie oddziaływań substancja rozpuszczona-rozpuszczalnik i rozpuszczalnik-rozpuszczalnik; spadek, który wymaga energii, dlatego ten pierwszy krok jest endotermiczny.

Gdy substancja rozpuszczona i rozpuszczalnik zostaną molekularnie rozszerzone, zarówno mieszają, jak i wymieniają miejsca w przestrzeni. Każde fioletowe kółko na drugim obrazie można porównać do pierwszego na zdjęciu.

Zmiana stopnia uporządkowania cząstek może być wyszczególniona na obrazie; zamówione na początku i nieuporządkowane na końcu. W konsekwencji ostatni etap jest egzotermiczny, ponieważ tworzenie nowych oddziaływań M-S stabilizuje wszystkie cząstki rozpuszczające.

Aspekty energetyczne

Za procesem solwatacji należy wziąć pod uwagę wiele aspektów energetycznych. Po pierwsze: interakcje S-S, M-M i M-S.

Gdy interakcje M-S, tj. Między substancją rozpuszczoną a rozpuszczalnikiem, są bardzo dobre (silne i stabilne) w porównaniu z tymi z poszczególnych składników, mówimy o egzotermicznym procesie solwatacji; i dlatego energia jest uwalniana do medium, co można sprawdzić przez pomiar wzrostu temperatury za pomocą termometru.

Z drugiej strony, jeśli interakcje M-M i S-S są silniejsze niż interakcje M-S, to aby „rozszerzyć się”, będą potrzebować więcej energii niż zyskają po zakończeniu solwatacji..

Mówi się wtedy o procesie endotermicznej solwatacji. W takim przypadku rejestruje się spadek temperatury lub, co jest takie samo, otoczenie jest chłodzone.

Istnieją dwa podstawowe czynniki, które decydują o tym, czy substancja rozpuszczona rozpuszcza się w rozpuszczalniku, czy nie. Pierwszą z nich jest zmiana entalpii rozpuszczania (ΔHdis), jak właśnie wyjaśniono, a drugą jest zmiana entropii (ΔS) między substancją rozpuszczoną a rozpuszczoną substancją rozpuszczoną. Ogólnie, ΔS jest związane ze wzrostem zaburzenia również wspomnianego powyżej.

Oddziaływania międzycząsteczkowe

Wspomniano, że solwatacja jest wynikiem fizycznego i chemicznego związku między substancją rozpuszczoną a rozpuszczalnikiem; jednak jak dokładnie są te interakcje lub związki?

Jeśli substancja rozpuszczona jest jonem, M+, występują tak zwane interakcje jon-dipol (M+-S); a jeśli jest to cząsteczka, wówczas będą istniały interakcje dipolowo-dipolowe lub siły dyspersyjne z Londynu.

Kiedy mówimy o interakcjach dipol-dipol, mówi się, że w M i S. występuje stały moment dipolowy. Zatem region bogaty w elektrony δ-M oddziałuje z ubogim regionem elektronów δ + S. interakcje to tworzenie kilku sfer solwatacyjnych wokół M.

Dodatkowo istnieje inny rodzaj interakcji: koordynator. Tutaj cząsteczki S tworzą wiązania koordynacyjne (lub celowe) z M, tworząc różne geometrie.

Podstawową zasadą zapamiętywania i przewidywania powinowactwa między substancją rozpuszczoną a rozpuszczalnikiem jest: równe rozpuszcza się do równego. Dlatego substancje polarne bardzo łatwo rozpuszczają się w rozpuszczalnikach polarnych; a apolarne substancje rozpuszczają się w apolarnych rozpuszczalnikach.

Różnice z nawodnieniem

Czym różni się solwatacja od hydratacji? Dwa identyczne procesy, z wyjątkiem tego, że cząsteczki S pierwszego obrazu są zastąpione przez te z wody, H-O-H.

Na górnym obrazku możesz zobaczyć korekcję+ otoczony sześcioma cząsteczkami H2O. Zauważ, że atomy tlenu (czerwone) są skierowane na ładunek dodatni, ponieważ jest on najbardziej elektroujemny i dlatego ma największą gęstość ujemną δ-.

Za pierwszą sferą hydratacji inne cząsteczki wody są zgrupowane wokół wiązań wodorowych (OH2-OH2). Są to oddziaływania typu jon-dipol. Jednak cząsteczki wody mogą również tworzyć wiązania koordynacyjne z dodatnim środkiem, zwłaszcza jeśli są metaliczne.

Tak więc słynny aquocomplexes, M (OH2)n. Ponieważ n = 6 na obrazie, sześć cząsteczek jest zorientowanych wokół M w ośmiościanie koordynacji (wewnętrzna sfera hydratacji). W zależności od rozmiaru M+, wielkość jego ładunku i jego dostępność elektroniczna, wspomniana kula może być mniejsza lub większa.

Woda jest chyba najbardziej zaskakującym rozpuszczalnikiem ze wszystkich: rozpuszcza niewspółmierną ilość substancji rozpuszczonych, jest zbyt polarnym rozpuszczalnikiem i ma nienormalnie wysoką stałą dielektryczną (78,5 K).

Przykłady

Poniżej znajdują się trzy przykłady solwatacji w wodzie.

Chlorek wapnia

Przez rozpuszczenie chlorku wapnia w wodzie, ciepło jest uwalniane, gdy kationy Ca są solwatowane2+ i aniony Cl-. Ca2+ jest otoczony szeregiem cząsteczek wody równych lub większych niż sześć (Ca2+-OH2).

Również Cl- jest otoczony atomami wodoru, regionem δ + wody (Cl--H2O). Uwolnione ciepło można wykorzystać do stopienia mas lodu.

Úrea

W przypadku mocznika jest to cząsteczka organiczna o strukturze H2N-CO-NH2. Po solwatacji cząsteczki H2Lub utwórz mostki wodorowe z dwiema grupami aminowymi (-NH2-OH2) i z grupą karbonylową (C = O-H)2O). Te interakcje są odpowiedzialne za jego wielką rozpuszczalność w wodzie.

Również jego rozpuszczanie jest endotermiczne, to znaczy chłodzi pojemnik na wodę, gdzie jest dodawany.

Azotan amonu

Azotan amonu, podobnie jak mocznik, jest substancją rozpuszczoną, która chłodzi rozpuszczanie po solwatacji jego jonów. NH4+ solwaty w podobny sposób jak Ca2+, chociaż prawdopodobnie dlatego, że ma geometrię czworościenną, ma mniej cząsteczek H2Albo wokół niego; i NIE3- solwaty w taki sam sposób jak aniony Cl- (OH2-O2NIE- H2O).

Referencje

  1. Glasstone S. (1970). Traktat chemii i fizyki. Aguilar, S.A., Madryt, Hiszpania.
  2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemia (8 wyd.). CENGAGE Learning.
  3. Ira N. Levine. (2014). Zasady fizykochemii. Szósta edycja. Mc Graw Hill.
  4. Słownik Chemicool. (2017). Definicja solwatacji Źródło: chemicool.com
  5. Belford R. (s.f.). Procesy solwatacyjne. Chemia LibreTexts. Źródło: chem.libretexts.org
  6. Wikipedia. (2018). Solwatacja Źródło: en.wikipedia.org
  7. Hardinger A. Steven. (2017). Ilustrowany słownik chemii organicznej: solwatacja. Źródło: chem.ucla.edu
  8. Surfuj Guppy. (s.f.). Proces solwatacji Źródło: surfguppy.com