REŠITEV: POSTOPEK, RAZLIKE S HIDRACIJO IN PRIMERI - KEMIJA - 2026

Solvatacija je fizični in kemijske vezi med topljenca delcev in topila v raztopino. Od pojma topnosti se razlikuje v tem, da med trdno snovjo in njenimi raztopljenimi delci ni termodinamičnega ravnovesja.

Ta zveza je odgovorna za to, da so raztopljene trdne snovi "izginile" zaradi gledalcev; ko so v resnici delci zelo majhni in na koncu "zaviti" v liste molekul topila, zaradi česar jih ni mogoče opazovati.

Vir: Gabriel Bolívar

Na zgornji sliki je predstavljena zelo splošna skica solvacije delca M. M je lahko ion (M ⁺ ) ali molekula; in S je molekula topila, ki je lahko katera koli spojina v tekočem stanju (čeprav je lahko tudi plinasta).

Upoštevajte, da je M obkroženo s šestimi molekulami S, ki sestavljajo sfero primarne solvacije. Druge molekule S na večji razdalji vplivajo na sile Van der Waalsa s prvimi, ki tvorijo sfero sekundarne solvacije in tako naprej, dokler nekaj zaporedja ni razvidno.

Postopek reševanja

Vir: Gabriel Bolívar

Kako molekularno poteka postopek solvacije? Slika zgoraj povzema potrebne korake.

Molekule topila, ki so modre barve, so na začetku urejene, vse medsebojno delujejo (SS); in vijolični topljeni delci (ioni ali molekule) storijo enako pri močnih ali šibkih MM-interakcijah.

Za nastanek solvacije se morata topilo in topilo razširiti (druga črna puščica), da se omogoči interakcija med topom in topilom (MS).

To nujno pomeni zmanjšanje interakcij med topom in topilom; zmanjšanje, ki zahteva energijo, zato je ta prvi korak endotermičen.

Ko se topili in topilo molekularno razširijo, se prostor izmenjata in izmenjujeta v prostoru. Vsak vijolični krog na drugi sliki je mogoče primerjati s tistim na prvi sliki.

Sprememba stopnje urejenosti delcev je lahko podrobno prikazana na sliki; urejeno na začetku in neurejeno na koncu. Posledica tega je, da je zadnji korak eksotermičen, saj nastanek novih interakcij MS stabilizira vse delce v raztopini.

Energetski vidiki

Za procesom solvacije je treba upoštevati veliko energijskih vidikov. Prvič: interakcije SS, MM in MS.

Kadar so interakcije MS, to je med topilom in topilom, mnogo večje (močne in stabilne) v primerjavi s posameznimi komponentami, govorimo o eksotermnem postopku solvacije; zato se energija sprosti v medij, kar lahko preverimo z merjenjem zvišanja temperature s termometrom.

Če so na drugi strani medsebojni vplivi MM in SS močnejši od MS, bodo za "širitev" potrebovali več energije, kot jo dobijo, ko je solvacija končana.

Nato govorimo o postopku endotermičnega solvacije. V tem primeru se zabeleži padec temperature ali pa je okolica ohlajena.

Dva temeljna dejavnika določata, ali se topilo raztopi v topilu ali ne. Prvo je enttalpijska sprememba raztopine (ΔH _dis ), kot je bilo pojasnjeno, drugo pa je entropijska sprememba (ΔS) med topljeno in raztopljeno topilo. Na splošno je ΔS povezan tudi s povečanjem motnje, ki je bila omenjena zgoraj.

Medmolekularne interakcije

Omenjeno je bilo, da je solvacija posledica fizikalne in kemične vezi med topili in topilom; Kakšna so natančno ta interakcija ali združenja?

Če je topilo ion, M ⁺ , pride do tako imenovanih ionsko-dipolnih interakcij (M ⁺ -S); in če gre za molekulo, bo prišlo do dipol-dipolnih interakcij ali londonskih raztresenih sil.

Ko govorimo o interakcijah dipola in dipola, rečemo, da obstaja stalni dipolni moment v M in S. Tako območje M, bogatega z elektroni, deluje z območjem S. + elektrona, ki je slabo elektrona. Rezultat vseh teh Interakcije je tvorba več solvacijskih sfer okoli M.

Poleg tega obstaja še ena vrsta interakcije: usklajevalna. Tukaj molekule S tvorijo koordinacijske (ali dativne) vezi z M, tvorijo različne geometrije.

Temeljno pravilo za pomnjenje in napovedovanje afinitete med topilom in topilom je: kot raztaplja kot. Zato se polarne snovi zelo enostavno raztopijo v enako polarnih topilih; in nepolarne snovi se raztopijo v nepolarnih topilih.

Razlike s hidratacijo

Vir: Gabriel Bolívar

V čem se solvacija razlikuje od hidracije? Dva identična procesa, le da se molekule S na prvi sliki nadomestijo z vodami HOH.

Na zgornji sliki vidite kation M ^+, obdan s šestimi molekulami H ₂ O. Upoštevajte, da so atomi kisika (rdeče barve) usmerjeni proti pozitivnemu naboju, ker je najbolj elektronegativan in zato oba imata najvišjo negativno gostoto δ-.

Za prvo hidracijsko sfero so druge molekule vode razvrščene okoli vodikovih vezi (OH ₂ -OH ₂ ). To so ionsko-dipolne interakcije. Vendar lahko molekule vode tvorijo tudi koordinacijske vezi s pozitivnim središčem, še posebej, če je kovinska.

Tako nastajajo znani vodni kompleksi, M (OH ₂ ) _n . Ker je na sliki n = 6, je šest molekul v koordinacijskem oktaedru (notranja sfera hidratacije) usmerjena okoli M. Glede na velikost M ⁺ , velikost napolnjenosti in elektronsko razpoložljivost je ta krogla lahko manjša ali večja.

Voda je morda najbolj neverjetno topilo od vseh: raztaplja neizmerno veliko topljencev, je preveč polarno topilo in ima nenormalno visoko dielektrično konstanto (78,5 K).

Primeri

Spodaj so omenjeni trije primeri solvacije v vodi.

Kalcijev klorid

Z raztapljanjem kalcijevega klorida v vodi se sprošča toplota kot kationi Ca ²⁺ in solvati Cl ^- anionov . Ca ²⁺ je obdan s številnimi molekulami vode, enakimi ali večjimi od šest (Ca ²⁺ -OH ₂ ).

Podobno, Ci ^- je obdana z atomi vodika, v Í + regiji vode (Ci ^- H ₂ O). Sproščena toplota se lahko uporabi za taljenje ledu.

Urea

V primeru sečnine gre za organsko molekulo s strukturo H ₂ N - CO - NH ₂ . Ko raztopljena, H ₂ O molekule tvori vodikove vezi z dvema amino skupin (NH ₂ -OH ₂ ) in s karbonilno skupino (C = -H O ₂ O). Te interakcije so odgovorne za njegovo veliko topnost v vodi.

Prav tako je njegovo raztapljanje endotermično, to je, da ohladi posodo z vodo, kjer je dodana.

Amonijev nitrat

Amonijev nitrat, kot sečnina, je topilo, ki raztopino hladi po raztapljanju njegovih ionov. NH ₄ ⁺ je raztopljena na podoben način kot Ca ²⁺ , čeprav je verjetno zaradi svoje tetraedrskim geometrije ima manj, H ₂ O molekule okoli njega; in NO ₃ ^- je raztopljena na enak način kot Cl ^- (OH ₂ -O ₂ Ne- H ₂ O) anioni .

Reference

1. Glasstone S. (1970). Pogodba o kemiji in fiziki. Aguilar, SA, Madrid, Španija.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
3. Ira N. Levine. (2014). Načela fizikalne kemije. Šesta izdaja. Mc Graw Hill.
4. Kemični slovar. (2017). Opredelitev rešitve. Pridobljeno: chemicool.com
5. Belford R. (drugo). Procesi reševanja. Kemija LibreTexts. Pridobljeno: chem.libretexts.org
6. Wikipedija. (2018). Rešitev. Pridobljeno: en.wikipedia.org
7. Hardinger A. Steven. (2017). Ilustrirani glosar organske kemije: rešitev. Pridobljeno: chem.ucla.edu
8. Surf Guppy. (sf). Proces reševanja. Pridobljeno: surfguppy.com