RIEŠENIE: PROCES, ROZDIELY S HYDRATÁCIOU A PRÍKLADY - CHÉMIA - 2025

Solvatácie je fyzikálna a chemická väzba medzi časticami rozpustené látky a rozpúšťadla v roztoku. Od koncepcie rozpustnosti sa líši tým, že medzi pevnou látkou a jej rozpustenými časticami neexistuje termodynamická rovnováha.

Táto únia je zodpovedná za „miznutie“ rozpustených tuhých látok vzhľadom na divákov; keď sú častice v skutočnosti veľmi malé a nakoniec sa „obalia“ do vrstiev molekúl rozpúšťadla, čo znemožňuje ich pozorovanie.

Zdroj: Gabriel Bolívar

Na hornom obrázku je znázornená veľmi všeobecná schéma solvatácie častice M. M môže byť buď ión (M ⁺ ) alebo molekula; a S je molekula rozpúšťadla, ktorou môže byť akákoľvek zlúčenina v kvapalnom stave (hoci môže byť tiež plynná).

Všimnite si, že M je obklopený šiestimi molekulami S, ktoré tvoria tzv. Sféru primárnej solvatácie. Iné S molekuly vo väčšej vzdialenosti interagujú s Van der Waalsovými silami s prvými, vytvárajúcimi sféru sekundárnej solvatácie, atď., Až kým nie je zrejmé nejaké usporiadanie.

Proces riešenia

Zdroj: Gabriel Bolívar

Molekulárne, aký je proces solvatácie? Obrázok vyššie sumarizuje potrebné kroky.

Molekuly rozpúšťadla, ktoré majú modrú farbu, sa spočiatku zoradí podľa vzájomnej interakcie (SS); a purpurové častice rozpustených látok (ióny alebo molekuly) robia to isté so silnými alebo slabými interakciami MM.

Aby došlo k solvatácii, musí sa rozpúšťadlo aj solut expandovať (druhá čierna šípka), aby sa umožnili interakcie solut-rozpúšťadlo (MS).

To nevyhnutne znamená zníženie interakcií solut-solut a rozpúšťadlo-rozpúšťadlo; zníženie, ktoré vyžaduje energiu, a preto je tento prvý krok endotermický.

Len čo molekula expanduje rozpustená látka a rozpúšťadlo, tieto dve miesta sa zmiešajú a vymieňajú vo vesmíre. Každý fialový kruh na druhom obrázku je možné porovnať s kruhom na prvom obrázku.

Zmena stupňa usporiadania častíc môže byť detailne znázornená na obrázku; objednané na začiatku a na konci neusporiadané. V dôsledku toho je posledný krok exotermický, pretože tvorba nových interakcií MS stabilizuje všetky častice v roztoku.

Energetické aspekty

Za procesom solvatácie je potrebné vziať do úvahy veľa energetických aspektov. Po prvé: interakcie SS, MM a MS.

Keď sú interakcie MS, to znamená medzi rozpustenou látkou a rozpúšťadlom, oveľa vyššie (silné a stabilné) v porovnaní s interakciami jednotlivých zložiek, hovoríme o exotermickom solvatačnom procese; a preto sa do média uvoľňuje energia, ktorá sa dá overiť meraním zvýšenia teploty teplomerom.

Ak sú na druhej strane interakcie MM a SS silnejšie ako členské štáty, na to, aby sa „rozšírili“, budú potrebovať viac energie, ako získajú po dokončení solvatácie.

Hovoríme o endotermickom solvatačnom procese. Z tohto dôvodu sa zaznamená pokles teploty alebo čo je rovnaké, okolie sa ochladí.

Existujú dva základné faktory, ktoré určujú, či sa rozpustená látka rozpustí v rozpúšťadle. Prvou je , ako už bolo vysvetlené, zmena entalpie roztoku (ΔH _dis ) a druhou je zmena entropie (ΔS) medzi rozpustenou látkou a rozpustenou látkou. Všeobecne je AS spojená so zvýšením poruchy, ktorá je tiež uvedená vyššie.

Medzimolekulové interakcie

Bolo uvedené, že solvatácia je výsledkom fyzikálnej a chemickej väzby medzi rozpustenou látkou a rozpúšťadlom; Aké konkrétne sú však tieto interakcie alebo odbory?

Ak je rozpustenou látkou ión, M ⁺ , vznikajú takzvané interakcie ión-dipól (M ⁺ -S); a ak je to molekula, potom dôjde k interakciám dipól-dipól alebo Londýnskym rozptylovým silám.

Keď hovoríme o interakciách dipól-dipól, hovorí sa, že v M a S. existuje trvalý dipólový moment. Preto oblasť M bohatá na elektróny 5 interaguje s oblasťou S. chudobnou na elektróny 5 +. Výsledok všetkých týchto Interakcie sú tvorbou niekoľkých sfér solvatácie okolo M.

Okrem toho existuje aj iný druh interakcie: koordinačný. Tu molekuly S tvoria koordinačné (alebo datívne) väzby s M, ktoré vytvárajú rôzne geometrie.

Základné pravidlo pre zapamätanie a predpovedanie afinity medzi rozpustenou látkou a rozpúšťadlom je: ako sa rozpúšťa. Preto sa polárne látky veľmi ľahko rozpúšťajú v rovnako polárnych rozpúšťadlách; a nepolárne látky sa rozpúšťajú v nepolárnych rozpúšťadlách.

Rozdiely v hydratácii

Zdroj: Gabriel Bolívar

Ako sa líši solvatácia od hydratácie? Dva rovnaké procesy s tým rozdielom, že molekuly S, na prvom obrázku, sú nahradené procesmi vody, HOH.

V hornom obrázku vidíte M ⁺ katión obklopený šiestich H ₂ O molekúl . Všimnite si, že atómy kyslíka (červenej farby) smerujú do kladného náboja, pretože to je najviac elektronegativní a preto obe majú najvyššiu zápornú hustotu δ-.

Za prvý hydratačný oblasti, ďalšie molekuly vody sú zoskupené okolo vodíkovými väzbami (OH ₂ -OH ₂ ). Toto sú iónové dipólové interakcie. Molekuly vody však môžu tiež vytvárať koordinačné väzby s pozitívnym centrom, najmä ak sú kovové.

To znamená, že známe vodné komplexy, M (OH ₂ ) _n , pochádzajú . Pretože n = 6 na obrázku, šesť molekúl je orientovaných okolo M v koordinačnom oktaedrone (vnútorná sféra hydratácie). V závislosti od veľkosti M ⁺ , veľkosti náboja a jeho elektronickej dostupnosti môže byť táto sféra menšia alebo väčšia.

Voda je pravdepodobne najúžasnejšie rozpúšťadlo zo všetkých: rozpúšťa nezmerateľné množstvo rozpustených látok, je príliš polárne rozpúšťadlo a má abnormálne vysokú dielektrickú konštantu (78,5 K).

Príklady

Ďalej sú uvedené tri príklady solvatácie vo vode.

Chlorid vápenatý

Rozpustením chloridu vápenatého vo vode sa teplo uvoľňuje ako katióny Ca2 ⁺ a solváty Cl ^- aniónov . Ca ²⁺ je obklopený radom molekúl vody rovnými alebo viac ako šesť (Ca ²⁺ -OH ₂ ).

Podobne, Cl ^- je obklopený atómy vodíka, delta + oblasti vody (CI ^- H ₂ O). Uvoľnené teplo sa môže použiť na roztavenie masy ľadu.

močovina

V prípade močoviny, to je organická molekula so štruktúrou H ₂ N - CO - NH ₂ . Keď solvatované, H ₂ O molekuly tvoriť vodíkové väzby s dvoma skupinami amino (-NH ₂ -OH ₂ ) a s karbonylovou skupinou (C = O-H ₂ O). Tieto interakcie sú zodpovedné za jeho veľkú rozpustnosť vo vode.

Podobne je jeho rozpúšťanie endotermické, to znamená, že ochladzuje zásobník vody, do ktorého sa pridáva.

Dusičnan amónny

Dusičnan amónny, podobne ako močovina, je solut, ktorý ochladzuje roztok po rozpustení jeho iónov. NH ₄ ⁺ je solvatovaná v podobným spôsobom ako Ca ²⁺ , aj keď pravdepodobne kvôli jeho štvorboká geometrii má menej H ₂ O molekuly okolo neho; a NO ₃ ^- je solvatovaná rovnakým spôsobom ako Cl ^- (OH ₂ -O ₂ NO- H ₂ O) anióny .

Referencie

1. Glasstone S. (1970). Zmluva o chémii a fyzike. Aguilar, SA, Madrid, Španielsko.
2. Whitten, Davis, Peck a Stanley. Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning.
3. Ira N. Levine. (2014). Základy fyzikálnochemie. Šieste vydanie. Mc Graw Hill.
4. Slovník chemicoolu. (2017). Definícia riešenia. Získané z: chemicool.com
5. Belford R. (nd). Procesy riešenia. Chémia LibreTexts. Obnovené z: chem.libretexts.org
6. Wikipedia. (2018). Solvatácie. Obnovené z: en.wikipedia.org
7. Hardinger A. Steven. (2017). Ilustrovaný glosár organickej chémie: Riešenie. Získané z: chem.ucla.edu
8. Surf Guppy. (SF). Proces riešenia. Obnovené z: surfguppy.com