RJEŠENJE: POSTUPAK, RAZLIKE S HIDRATACIJOM I PRIMJERI - KEMIJA - 2025

Solvatacija je fizička i kemijska veza između čestica otopljene tvari i otapala u otopinu. Razlikuje se od koncepta topljivosti u tome što ne postoji termodinamička ravnoteža između krute tvari i njezinih otopljenih čestica.

Taj je savez odgovoran za otopljene krute tvari koje su nestale u pogledu gledatelja; u stvarnosti, čestice postaju vrlo male i završavaju "umotane" u plahte molekula otapala, što ih čini nemogućim promatrati.

Izvor: Gabriel Bolívar

Vrlo općenita skica solvacije M čestice je prikazana na gornjoj slici M može biti ili ion (M ⁺) ili molekula; a S je molekula otapala, koja može biti bilo koji spoj u tekućem stanju (iako može biti i plinovit).

Imajte na umu da je M okružen sa šest molekula S, koje čine ono što je poznato kao sfera primarne solvacije. Ostale molekule S na većoj udaljenosti djeluju od Van der Waalsove sile s prvom, tvoreći sferu sekundarne solvacije i tako dalje sve dok neko određivanje nije razvidno.

Proces rješavanja

Izvor: Gabriel Bolívar

Molekularno, kako je postupak otapanja? Slika iznad sažima potrebne korake.

Molekule otapala, koje su plave boje, u početku su poredane, a sve međusobno djeluju (SS); i ljubičaste otopljene čestice (ioni ili molekule) čine isto s jakim ili slabim MM interakcijama.

Da bi došlo do otapanja, i otapalo i otapalo moraju se proširiti (druga crna strelica) kako bi se omogućilo interakcije otapalo (MS).

To nužno podrazumijeva smanjenje interakcije topljiv rastvor i otapalo; smanjenje koje zahtijeva energiju i zbog toga je taj prvi korak endotermičan.

Nakon što se rastvora i otapala molekularno šire, njih dvoje se miješaju i razmjenjuju mjesta u prostoru. Svaki ljubičasti krug na drugoj slici može se usporediti s onim na prvoj slici.

Promjena stupnja poredanja čestica može se detaljno prikazati na slici; naručeni na početku i neuredni na kraju. Posljedica toga je da je posljednji korak egzotermičan, budući da formiranje novih interakcija MS stabilizira sve čestice u otopini.

Energetski aspekti

Iza procesa otapanja stoje mnogi energetski aspekti koje je potrebno uzeti u obzir. Prvo: SS, MM i MS interakcije.

Kada su interakcije MS, to jest između topljenog i otapala, mnogo veće (jake i stabilne) u usporedbi s reakcijama pojedinih komponenata, govorimo o egzotermnom procesu solvacije; i zbog toga se oslobađa energija u medij, što se može provjeriti mjerenjem povećanja temperature termometrom.

Ako su naprotiv, MM i SS interakcije jači od interakcija MS, tada će im se za "širenje" trebati više energije nego što dobiju nakon završetka solvacije.

Tada govorimo o procesu endometrijskog otapanja. Zbog toga se bilježi pad temperature ili, ako je isto, okolina se hladi.

Dva su temeljna faktora koja određuju da li se rastvaralo otapa ili ne u otapalu. Prvo je promjena entalpije otopine (ΔH _dis), kako je upravo objašnjeno, a drugo je promjena entropije (ΔS) između otopljene i otopljene otopine. Općenito, ΔS je povezan s porastom poremećaja koji je također spomenut gore.

Intermolekularne interakcije

Spomenuto je da je otapanje rezultat fizikalne i kemijske veze između otapala i otapala; međutim, kakve su to interakcije ili sindikati?

Ako je topilo ion, M ⁺, nastaju takozvane ionsko-dipolne interakcije (M ⁺ -S); a ako je molekula, doći će do dipol-dipolnih interakcija ili londonskih sila rasipanja.

Kada govorimo o interakcijama dipola i dipola, kaže se da u M i S. postoji trajni dipolni trenutak. Dakle, područje M bogato s elektronima djeluje na δ + područje siromašno elektronima S. Rezultat svih ovih Interakcije je stvaranje nekoliko sfera solvacije oko M.

Uz to, postoji i druga vrsta interakcije: koordinativna. Ovdje S molekule tvore koordinacijske (ili dativne) veze s M, tvoreći različite geometrije.

Temeljno pravilo za pamćenje i predviđanje afiniteta između topljenog i otapala je: poput otapala poput. Stoga se polarne tvari vrlo lako otapaju u jednako polarnim otapalima; a nepolarne tvari se otapaju u nepolarnim otapalima.

Razlike s hidratacijom

Izvor: Gabriel Bolívar

Po čemu se solvacija razlikuje od hidratacije? Dva identična procesa, osim što su molekule S, na prvoj slici, zamijenjene onima vode, HOH.

Na gornjoj slici možete vidjeti M ⁺ kation okružen sa šest H ₂ O molekulama. Imajte na umu da su atomi kisika (u crvenoj boji) okrenut prema pozitivnom naboju, jer je većina elektro i stoga obje imaju najveću negativnu gustoću δ-.

Iza prvog hidratacije sfere, druge molekule vode su grupirani oko vodikovim vezama (OH ₂ -OH ₂). To su ionsko-dipolne interakcije. Međutim, molekule vode mogu također formirati koordinacijske veze s pozitivnim centrom, posebno ako je metalna.

Tako nastaju poznati vodeni kompleksi, M (OH ₂) _n. Kako je n = 6 na slici, šest molekula je usmjereno oko M u koordinacijskom oktaedru (unutarnja sfera hidratacije). Ovisno o veličini M ⁺, veličini naboja i elektroničkoj dostupnosti, ova sfera može biti manja ili veća.

Voda je možda najčudesnije otapalo od svih: ona otapa neizmjernu količinu rastvora, previše je polarno otapalo i ima nenormalno visoku dielektričnu konstantu (78,5 K).

Primjeri

U nastavku su navedena tri primjera otapanja u vodi.

Kalcijev klorid

Otapanjem kalcijevog klorida u vodi oslobađa se toplina kao Ca ²⁺ kationi i solvati Cl ^- aniona. Ca ²⁺ okružena broj molekula vode jednaka ili veća od šest (Ca ²⁺ -OH ₂).

Isto tako, Cl ^- okružen atoma vodika, od d + regije vodom (Cl ^- H ₂ O). Oslobođena toplina može se koristiti za topljenje leda.

urea

U slučaju uree, to je organska molekula ima strukturu H ₂ N - CO - NH ₂. Kada solvata, su H ₂ O molekule tvore vodikove veze s dvije amino skupine (-NH ₂ -OH ₂), a s je karbonilna grupa (C = O-H ₂ O). Ove interakcije odgovorne su za njegovu veliku topivost u vodi.

Isto tako, njegovo otapanje je endotermično, odnosno hladi posudu s vodom u koju se dodaje.

Amonijev nitrat

Amonijev nitrat je poput uree otopina koja hladi otopinu nakon otapanja njegovih iona. NH ₄ ⁺ otapa na sličan način kao Ca ²⁺, premda vjerojatno zbog svoje geometrije tetraedarskog ima manje, H ₂ O molekule oko njega; i NO ₃ ^- otapa na isti način kao i Cl ^- (OH ₂ -O ₂ NO H ₂ O) aniona.

Reference

1. Glasstone S. (1970). Ugovor o kemiji i fizici. Aguilar, SA, Madrid, Španjolska.
2. Whitten, Davis, Peck i Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
3. Ira N. Levine. (2014). Načela fizikohemije. Šesto izdanje. Mc Graw Hill.
4. Kemijski rječnik. (2017). Definicija spasenja. Oporavilo od: chemicool.com
5. Belford R. (drugi). Procesi rješavanja. Kemija LibreTexts. Oporavak od: chem.libretexts.org
6. Wikipedia. (2018.). Solvatacija. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
7. Hardinger A. Steven. (2017). Ilustrirani pojmovnik organske kemije: rješenje. Oporavak od: chem.ucla.edu
8. Surfajte Guppy. (SF). Proces spašavanja. Oporavilo od: surfguppy.com