ŘEŠENÍ: PROCES, ROZDÍLY S HYDRATACÍ A PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Solvatace je fyzikální a chemická vazba mezi částicemi rozpuštěné látky a rozpouštědla v roztoku. Od koncepce rozpustnosti se liší tím, že mezi pevnou látkou a rozpuštěnými částicemi neexistuje termodynamická rovnováha.

Tato unie je zodpovědná za „mizení“ rozpuštěných pevných látek vzhledem k divákům; když ve skutečnosti se částice stanou velmi malými a nakonec se „zabalí“ do listů molekul rozpouštědla, což znemožňuje pozorování.

Zdroj: Gabriel Bolívar

Na horním obrázku je znázorněna velmi obecná skica solvatace částice M. M může být buď ion (M ⁺) nebo molekula; a S je molekula rozpouštědla, což může být jakákoli sloučenina v kapalném stavu (i když může být také plynná).

Všimněte si, že M je obklopeno šesti molekulami S, které tvoří tzv. Sféru primární solvatace. Jiné molekuly S ve větší vzdálenosti interagují s Van der Waalsovými silami s prvními, vytvářejícími sféru sekundární solvatace atd., Dokud není nějaké uspořádání zřejmé.

Proces řešení

Zdroj: Gabriel Bolívar

Molekulárně, jak je proces solvatace? Výše uvedený obrázek shrnuje nezbytné kroky.

Molekuly rozpouštědla, které mají modrou barvu, jsou na počátku uspořádány, všechny vzájemně interagují (SS); a purpurové solutové částice (ionty nebo molekuly) dělají totéž se silnými nebo slabými MM interakcemi.

Aby došlo k solvataci, musí se jak rozpouštědlo, tak rozpuštěná látka rozšířit (druhá černá šipka), aby umožnily interakce mezi solutem a rozpouštědlem (MS).

To nutně znamená snížení interakcí mezi solutem a solutem a rozpouštědlem; snížení, které vyžaduje energii, a proto je tento první krok endotermický.

Jakmile molekula solutu a rozpouštědlo molekulárně expandují, promíchají a vymění si místa v prostoru. Každý fialový kruh na druhém obrázku lze porovnat s kruhem na prvním obrázku.

Na obrázku může být podrobně popsána změna stupně uspořádání částic; objednáno na začátku a na konci neuspořádané. V důsledku toho je poslední krok exotermický, protože tvorba nových interakcí MS stabilizuje všechny částice v roztoku.

Energetické aspekty

Za procesem solvatace je třeba vzít v úvahu mnoho energetických aspektů. První: interakce SS, MM a MS.

Když jsou interakce MS, tj. Mezi rozpuštěnou látkou a rozpouštědlem, mnohem vyšší (silné a stabilní) ve srovnání s interakcemi jednotlivých složek, hovoříme o exotermickém solvatačním procesu; a proto je energie uvolňována do média, což může být ověřeno měřením zvýšení teploty pomocí teploměru.

Pokud jsou naopak interakce MM a SS silnější než interakce mezi MS, pak k „expanzi“ budou potřebovat více energie, než získají, jakmile bude solvatace dokončena.

Mluvíme tedy o endotermickém procesu solvatace. Z tohoto důvodu je zaznamenán pokles teploty, nebo co je stejné, okolí je ochlazeno.

Existují dva základní faktory, které určují, zda se rozpuštěná látka rozpustí v rozpouštědle. První je změna entalpie roztoku (AH _dis), jak bylo právě vysvětleno, a druhá je změna entropie (AS) mezi solutem a rozpuštěným solutem. Obecně je AS spojena se zvýšením výše zmíněné poruchy.

Intermolekulární interakce

Bylo zmíněno, že solvatace je výsledkem fyzikální a chemické vazby mezi solutem a rozpouštědlem; Jaké jsou však přesně tyto interakce nebo odbory?

Pokud je solute ion, M ⁺, dochází k takzvaným interakcím ion-dipól (M ⁺ -S); a pokud se jedná o molekulu, pak dojde k interakcím dipól-dipól nebo londýnským rozptylovým silám.

Když mluvíme o interakcích dipól-dipól, říká se, že v M a S existuje trvalý dipólový moment. Takže oblast M bohatá na 5 elektronu interaguje s oblastí S + chudá na elektrony S. Výsledek všech těchto Interakce je tvorba několika sfér solvatace kolem M.

Kromě toho existuje další typ interakce: koordinační. Zde molekuly S vytvářejí koordinační (nebo dativní) vazby s M a vytvářejí různé geometrie.

Základní pravidlo pro zapamatování a předpovídání afinity mezi rozpuštěnou látkou a rozpouštědlem je: jako se rozpustí. Polární látky se proto velmi snadno rozpouštějí ve stejně polárních rozpouštědlech; a nepolární látky se rozpustí v nepolárních rozpouštědlech.

Rozdíly s hydratací

Zdroj: Gabriel Bolívar

Jak se liší solvatace od hydratace? Dva identické procesy, až na to, že molekuly S jsou na prvním obrázku nahrazeny procesy vody, HOH.

Na horním obrázku vidíte M ⁺ kation obklopený šesti H ₂ O molekulami. Všimněte si, že atomy kyslíku (v červené barvě) jsou orientovány na kladný náboj, protože je to nejvíce elektronegativní, a proto oba mají nejvyšší zápornou hustotu δ-.

Za první hydratační koulí jsou další molekuly vody seskupeny vodíkovými vazbami (OH _2- OH ₂). Jedná se o ion-dipólové interakce. Molekuly vody však mohou také vytvářet koordinační vazby s pozitivním středem, zejména pokud jsou kovové.

Vznikají tak známé vodní komplexy M (OH ₂) _n. Protože n = 6 na obrázku, šest molekul je orientováno kolem M v koordinačním oktaedronu (vnitřní sféře hydratace). V závislosti na velikosti M ⁺, velikosti jeho náboje a jeho elektronické dostupnosti může být tato koule menší nebo větší.

Voda je možná nejúžasnějším rozpouštědlem ze všech: rozpouští nezměrné množství solutů, je příliš polární rozpouštědlo a má abnormálně vysokou dielektrickou konstantu (78,5 K).

Příklady

Níže jsou uvedeny tři příklady solvatace ve vodě.

Chlorid vápenatý

Rozpuštěním chloridu vápenatého ve vodě se uvolňuje teplo jako Ca2 ⁺ kationty a Cl ^- aniontové solváty. Ca ²⁺ je obklopen řadou molekul vody rovnajícím se nebo větším než šest (Ca ²⁺ -OH ₂).

Podobně, Cl ^- je obklopen atomy vodíku, delta + oblasti vody (CI ^- H ₂ O). Uvolněné teplo lze použít k roztavení masy ledu.

Močovina

V případě močoviny, to je organická molekula se strukturou H ₂ N - CO - NH ₂. Když solvatované, H ₂ O molekuly tvořit vodíkové vazby s dvěma skupinami amino (-NH ₂ -OH ₂) a s karbonylovou skupinou (C = O-H ₂ O). Tyto interakce jsou zodpovědné za jeho velkou rozpustnost ve vodě.

Podobně je jeho rozpuštění endotermické, to znamená, že ochlazuje vodní nádrž, do které je přidána.

Dusičnan amonný

Dusičnan amonný, stejně jako močovina, je solut, který po solvataci jeho iontů ochladí roztok. NH ₄ ⁺ je solvatovaná v podobným způsobem jako Ca ²⁺, i když pravděpodobně kvůli jeho čtyřboká geometrii má méně H ₂ O molekuly kolem něj; a NO ₃ ^- je solvatovaná stejným způsobem jako Cl ^- (OH ₂ -O ₂ NO- H ₂ O) anionty.

Reference

1. Glasstone S. (1970). Smlouva o chemii a fyzice. Aguilar, SA, Madrid, Španělsko.
2. Whitten, Davis, Peck a Stanley. Chemie. (8. ed.). CENGAGE Učení.
3. Ira N. Levine. (2014). Základy fyzikální chemie. Šesté vydání. Mc Graw Hill.
4. Chemicool Dictionary. (2017). Definice řešení. Obnoveno z: chemicool.com
5. Belford R. (nd). Procesy řešení. Chemie LibreTexts. Obnoveno z: chem.libretexts.org
6. Wikipedia. (2018). Řešení. Obnoveno z: en.wikipedia.org
7. Hardinger A. Steven. (2017). Ilustrovaný glosář organické chemie: řešení. Obnoveno z: chem.ucla.edu
8. Surf Guppy. (sf). Proces řešení. Obnoveno z: surfguppy.com