- Solvaation prosessi
- Energianäkökohdat
- Molekyylien väliset vuorovaikutukset
- Eroa nesteytyksessä
- esimerkit
- Kalsiumkloridi
- urea
- Ammoniumnitraatti
- Viitteet
Solvataatio on fyysinen ja kemiallinen sidos välillä liuenneiden partikkeleiden ja liuotin liuosta. Se eroaa liukoisuuden käsitteestä siinä, että kiinteän aineen ja sen liuenneiden hiukkasten välillä ei ole termodynaamista tasapainoa.
Tämä liitto on vastuussa liuenneiden kiinteiden aineiden "katoamisesta" katsojien kannalta; kun todellisuudessa hiukkasista tulee hyvin pieniä ja päätyvät "kiedottuihin" liuotinmolekyylien levyihin, mikä tekee niistä mahdotonta havaita.
Lähde: Gabriel Bolívar
Ylemmässä kuvassa on esitetty hyvin yleinen piirros M-hiukkasen solvaatiosta. M voi olla joko ioni (M +) tai molekyyli; ja S on liuotinmolekyyli, joka voi olla mikä tahansa nestemäisessä tilassa oleva yhdiste (vaikka se voi olla myös kaasumainen).
Huomaa, että M: tä ympäröi kuusi S-molekyyliä, jotka muodostavat ns. Primaarisen solvaation pallo. Muut kauempana olevat S-molekyylit vuorovaikuttavat Van der Waalsin voimien kanssa entisen kanssa, muodostaen sekundaarisen solvaation pallon, ja niin edelleen, kunnes jokin järjestys ei ole ilmeinen.
Solvaation prosessi
Lähde: Gabriel Bolívar
Kuinka solvaattiprosessi on molekyylisesti? Yllä oleva kuva on yhteenveto tarvittavista vaiheista.
Liuotinmolekyylit, jotka ovat sinisenvärisiä, aluksi järjestetään, kaikki vuorovaikutuksessa toistensa kanssa (SS); ja violetti liuenneet hiukkaset (ionit tai molekyylit) tekevät saman vahvoilla tai heikoilla MM-vuorovaikutuksilla.
Liuotuksen tapahtumiseksi sekä liuottimen että liuenneen aineen on paisuttava (toinen musta nuoli) liuottimen ja liuottimen (MS) vuorovaikutusten sallimiseksi.
Tämä merkitsee väistämättä liuenneen-liuenneen ja liuottimen-liuottimen vuorovaikutusten vähentymistä; väheneminen, joka vaatii energiaa, ja siksi tämä ensimmäinen askel on endoterminen.
Kun liuennut ja liuotin ovat laajentuneet molekyylisesti, nämä kaksi sekoittuvat ja vaihtavat paikkoja avaruudessa. Jokaista violetti ympyrää toisessa kuvassa voidaan verrata ensimmäisen kuvan ympyrään.
Hiukkasten järjestysasteen muutos voidaan kuvata yksityiskohtaisesti; alussa tilattu ja lopussa epäjärjestys. Seurauksena on, että viimeinen vaihe on eksoterminen, koska uusien MS-vuorovaikutusten muodostuminen stabiloi kaikki liuoksessa olevat hiukkaset.
Energianäkökohdat
Solvaatioprosessin takana on monia energisiä näkökohtia, jotka on otettava huomioon. Ensinnäkin: SS-, MM- ja MS-vuorovaikutukset.
Kun MS-vuorovaikutukset, ts. Liuenneen ja liuottimen välillä, ovat paljon korkeammat (vahvat ja vakaat) verrattuna yksittäisten komponenttien vastaavuuksiin, puhumme eksotermisestä solvaatioprosessista; ja siksi energiaa vapautuu väliaineeseen, mikä voidaan todentaa mittaamalla lämpötilan nousu lämpömittarilla.
Jos MM- ja SS-vuorovaikutukset päinvastoin ovat voimakkaampia kuin MS-vuorovaikutukset, niin niiden “laajentamiseksi” tarvitaan enemmän energiaa kuin mitä ne saavat, kun ratkaisu on valmis.
Puhumme silloin endotermisestä solvaatioprosessista. Tällöin lämpötilan lasku kirjataan tai mikä on sama, ympäristö jäähdytetään.
On olemassa kaksi perustekijää, jotka määräävät liukeneeko liuotin liuottimeen. Ensimmäinen on liuoksen entalpiamuutos (ΔH dis), kuten juuri selitettiin, ja toinen on liuenneen ja liuenneen liuenneen aineen entropiamuutos (ΔS). Yleensä AS liittyy häiriön lisääntymiseen, joka myös mainittiin edellä.
Molekyylien väliset vuorovaikutukset
Mainittiin, että liukeneminen on liuenneen ja liuottimen välisen fysikaalisen ja kemiallisen sidoksen tulosta; millaisia nämä vuorovaikutukset tai liitot kuitenkin ovat?
Jos liuennut aine on ioni, M +, tapahtuu ns. Ionidipoli-vuorovaikutuksia (M + -S); ja jos se on molekyyli, niin tapahtuu dipoli-dipoli-vuorovaikutuksia tai Lontoon sirontavoimia.
Kun puhutaan dipoli-dipoli-vuorovaikutuksista, sanotaan, että M: ssä ja S: ssä on pysyvä dipolimomentti. M: n δ-elektronirikas alue on siis vuorovaikutuksessa S: n δ + elektronien kanssa huonojen alueiden kanssa. Kaikkien näiden tulokset Vuorovaikutukset ovat useiden solvaattipallojen muodostumista M: n ympärille.
Lisäksi on olemassa toisen tyyppinen vuorovaikutus: koordinatiivinen. Tässä S-molekyylit muodostavat koordinaatiosidoksia (tai datiivisia) sidoksia M: n kanssa, muodostaen erilaisia geometrioita.
Perussääntö liuenneen ja liuottimen välisen affiniteetin muistamiseen ja ennustamiseen on: kuten liukenee kuten. Siksi polaariset aineet liukenevat erittäin helposti yhtä polaarisiin liuottimiin; ja ei-polaariset aineet liukenevat ei-polaarisiin liuottimiin.
Eroa nesteytyksessä
Lähde: Gabriel Bolívar
Kuinka solvaattio eroaa hydraatiosta? Kaksi samanlaista prosessia, paitsi että S-molekyylit korvataan ensimmäisessä kuvassa veden, HOH, menetelmillä.
Yläkuvassa voit nähdä M + -kationin, jota ympäröi kuusi H 2 O- molekyyliä. Huomaa, että happiatomit (väriltään punaiset) on suunnattu positiiviseen varaukseen, koska se on kaikkein sähköä negatiivisin ja siksi molemmilla on suurin negatiivinen tiheys δ-.
Ensimmäisen hydraatiopallon takana muut vesimolekyylit on ryhmitelty vety sidoksilla (OH 2- OH 2). Nämä ovat ionidipoli-vuorovaikutuksia. Vesimolekyylit voivat kuitenkin muodostaa myös koordinaatiosidoksia positiivisen keskuksen kanssa, varsinkin jos se on metalli.
Siten, kuuluisan vesi komplekseja, M (OH 2) n, ovat peräisin. Koska kuvassa n = 6, kuusi molekyyliä on suunnattu M: n ympärille koordinaatiokadheedrissa (sisäinen hydraation pallo). Tämä pallo voi olla pienempi tai suurempi M +: n koosta, sen varauksen suuruudesta ja elektronisesta saatavuudesta riippuen.
Vesi on ehkä ihmeellisin liuotin kaikista: se liuottaa mittaamattoman määrän liuenneita aineita, on liian polaarinen liuotin ja sillä on epänormaalin korkea dielektrisyysvakio (78,5 K).
esimerkit
Seuraavassa mainitaan kolme esimerkkiä vedessä tapahtuvasta liukenemisesta.
Kalsiumkloridi
Liuottamalla kalsiumkloridia vedessä, vapautuu lämpöä, koska Ca 2+ kationeja ja Cl - anionit solvaatti. Ca 2+ ympärillä on vesimolekyylien lukumäärä yhtä suuri tai suurempi kuin kuusi (Ca 2+ -OH 2).
Samoin, Cl - ympäröi vety atomien δ + alueen vettä (CI - H 2 O). Vapautunutta lämpöä voidaan käyttää sulamaan jäämassoja.
urea
Tapauksessa urean, se on orgaaninen molekyyli, jolla on rakenne H 2 N - CO - NH 2. Kun solvatoituneet, H 2 O -molekyylit muodostavat vetysidoksia kaksi aminoryhmää (-NH 2 -OH 2) ja karbonyyliryhmä (C = O-H 2 O). Nämä vuorovaikutukset ovat vastuussa sen suuresta liukoisuudesta veteen.
Samoin sen liukeneminen on endoterminen, ts. Se jäähdyttää vesisäiliötä, johon se lisätään.
Ammoniumnitraatti
Ammoniumnitraatti, kuten urea, on liuennut aine, joka jäähdyttää liuosta sen ionien liukenemisen jälkeen. NH 4 + solvatoituu samalla tavalla Ca 2+, vaikka luultavasti johtuen sen tetrahedraaliseen geometria se on vähemmän H 2 O -molekyylejä sen ympärillä; ja NO 3 - solvatoituu samalla tavalla kuin Cl - (OH 2 -O 2 NO- H 2 O) anioneja.
Viitteet
- Glasstone S. (1970). Kemian ja fysiikan sopimus. Aguilar, SA, Madrid, Espanja.
- Whitten, Davis, Peck ja Stanley. Kemia. (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
- Ira N. Levine. (2014). Fysikaalisen kemian periaatteet. Kuudes painos. Mc Graw Hill.
- Chemicool-sanakirja. (2017). Määritelmä Solution. Palautettu osoitteesta: chemicool.com
- Belford R. (toinen). Solvaatioprosessit. Kemia LibreTexts. Palautettu osoitteesta: chem.libretexts.org
- Wikipedia. (2018). Solvataatio. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
- Hardinger A. Steven. (2017). Kuvitettu orgaanisen kemian sanasto: Solution. Palautettu: chem.ucla.edu
- Surffaa Guppy. (SF). Ratkaisuprosessi. Palautettu osoitteesta: surfguppy.com