RISINĀJUMS: PROCESS, ATŠĶIRĪBAS AR HIDRATĀCIJU UN PIEMĒRI - ĶĪMIJA - 2025

Solvation ir fizikālo un ķīmisko līmēšanas starp izšķīdušās vielas daļiņu un šķīdinātāja šķīdumā. No šķīdības jēdziena tas atšķiras ar to, ka starp cietvielu un tās izšķīdušajām daļiņām nav termodinamiskā līdzsvara.

Šī savienība ir atbildīga par izšķīdušo cietvielu "izzušanu", ņemot vērā skatītājus; kad patiesībā daļiņas kļūst ļoti mazas un nonāk "iesaiņotas" šķīdinātāju molekulu loksnēs, padarot tās neiespējamas novērot.

Avots: Gabriel Bolívar

Augšējā attēlā ir parādīta ļoti vispārīga M daļiņas M šķīdināšanas skice: M var būt vai nu jons (M ⁺ ), vai molekula; un S ir šķīdinātāja molekula, kas var būt jebkurš savienojums šķidrā stāvoklī (lai arī tas var būt arī gāzveida).

Ņemiet vērā, ka M ieskauj sešas S molekulas, kas veido tā saukto primārās šķīdināšanas sfēru. Citas S molekulas, kas atrodas lielākā attālumā, mijiedarbojas ar Van der Waals spēkiem ar tām, veidojot sekundārās šķīdināšanas sfēru un tā tālāk, līdz kaut kāda secība nav pamanāma.

Risināšanas process

Avots: Gabriel Bolívar

Molekulāri, kā notiek solvācijas process? Iepriekš redzamajā attēlā ir apkopotas nepieciešamās darbības.

Sākumā tiek pasūtītas šķīdinātāja molekulas, kas ir zilā krāsā, un tās visas mijiedarbojas viena ar otru (SS); un purpursarkanās šķīstošās daļiņas (joni vai molekulas) rīkojas tāpat ar spēcīgu vai vāju MM mijiedarbību.

Lai notiktu solvācija, gan šķīdinātājam, gan izšķīdinātajam materiālam jāpaplašinās (otrā melnā bultiņa), lai atļautu mijiedarbību starp šķīdinātāju un šķīdinātāju (MS).

Tas obligāti nozīmē samazinātu šķīdinātā un izšķīdinātā mijiedarbību; samazinājums, kas prasa enerģiju, un tāpēc šis pirmais solis ir endotermisks.

Kad izšķīdinātā viela un šķīdinātājs ir molekulāri paplašinājušies, abi sajaucas un apmainās ar vietām telpā. Katru purpura apli otrajā attēlā var salīdzināt ar pirmo attēlā redzamo.

Daļās var detalizēt izmaiņas daļiņu pasūtīšanas pakāpē; pasūtīts sākumā, un beigās nesakārtots. Rezultātā pēdējais solis ir eksotermisks, jo jauno MS mijiedarbību veidošanās stabilizē visas daļiņas šķīdumā.

Enerģētiskie aspekti

Aiz solvācijas procesa ir daudz enerģētisko aspektu, kas jāņem vērā. Pirmkārt: SS, MM un MS mijiedarbība.

Kad MS mijiedarbība, tas ir, starp izšķīdušo vielu un šķīdinātāju, ir daudz augstāka (spēcīga un stabila), salīdzinot ar atsevišķu sastāvdaļu mijiedarbību, mēs runājam par eksotermisku šķīdināšanas procesu; un tāpēc barotnē izdalās enerģija, ko var pārbaudīt, izmērot temperatūras paaugstināšanos ar termometru.

Ja, no otras puses, MM un SS mijiedarbība ir spēcīgāka nekā MS, tad, lai “izvērstu”, viņiem būs vajadzīgs vairāk enerģijas, nekā viņi iegūst, kad solvācija ir pabeigta.

Tad mēs runājam par endotermisku šķīdināšanas procesu. Šādā gadījumā tiek reģistrēta temperatūras pazemināšanās vai, kas ir tas pats, apkārtne tiek atdzesēta.

Ir divi pamata faktori, kas nosaka, vai izšķīdinātā viela izšķīst šķīdinātājā. Pirmais ir šķīduma entalpijas maiņa (ΔH _dis ), kā tikko paskaidrots, un otrais ir entropijas izmaiņas (ΔS) starp izšķīdušo un izšķīdušo izšķīdušo vielu. Parasti ΔS ir saistīts ar iepriekšminēto traucējumu palielināšanos.

Starpmolekulārā mijiedarbība

Tika minēts, ka šķīdināšana ir fizikālās un ķīmiskās saites rezultāts starp izšķīdušo vielu un šķīdinātāju; tomēr kāda tieši ir šī mijiedarbība vai savienība?

Ja izšķīdinātā viela ir jons, M ⁺ , notiek tā sauktā jonu-dipola mijiedarbība (M ⁺ -S); un ja tā ir molekula, tad notiks dipola-dipola mijiedarbība vai Londonas izkliedes spēki.

Runājot par dipola-dipola mijiedarbību, tiek teikts, ka M un S. pastāv pastāvīgs dipola moments. Tādējādi M δ-elektroniem bagātais reģions mijiedarbojas ar S δ + elektronu-nabadzīgo reģionu. Visu šo rezultātu rezultāts Mijiedarbība ir vairāku solvāciju sfēru veidošanās ap M.

Turklāt pastāv vēl viens mijiedarbības veids: koordinējošā. Šeit S molekulas veido koordinācijas (vai dativās) saites ar M, veidojot dažādas ģeometrijas.

Pamatnoteikums, lai atcerētos un prognozētu afinitāti starp izšķīdušo vielu un šķīdinātāju, ir: like izšķīst like. Tāpēc polārās vielas ļoti viegli izšķīst tikpat polāros šķīdinātājos; un nepolārās vielas izšķīst nepolāros šķīdinātājos.

Atšķirības ar hidratāciju

Avots: Gabriel Bolívar

Kā solvācija atšķiras no hidratācijas? Divi identiski procesi, izņemot to, ka S attēlā pirmajā attēlā tiek aizstāti ūdens, HOH, procesi.

Augšējā attēlā var redzēt M ⁺ katjonu, ko ieskauj sešas H ₂ O molekulas . Ņemiet vērā, ka skābekļa atomi (sarkanā krāsā) ir vērsti uz pozitīvo lādiņu, jo tas ir visvairāk elektronegatīvs un tāpēc abiem ir visaugstākais negatīvais blīvums δ-.

Aiz pirmās hidratācijas sfēras citas ūdens molekulas ir sagrupētas ar ūdeņraža saitēm (OH ₂ -OH ₂ ). Tās ir jonu-dipolu mijiedarbības. Tomēr ūdens molekulas var arī veidot koordinācijas saites ar pozitīvo centru, īpaši, ja tas ir metālisks.

Tādējādi cēlušies slavenie ūdens kompleksi M (OH ₂ ) _n . Tā kā attēlā n = 6, sešas molekulas ir orientētas ap M koordinācijas oktaedrā (iekšējā hidratācijas sfēra). Atkarībā no M ⁺ lieluma, tā uzlādes līmeņa un elektroniskās pieejamības, šī sfēra var būt mazāka vai lielāka.

Ūdens, iespējams, ir visbrīnišķīgākais šķīdinātājs no visiem: tas izšķīdina neizmērojamu daudzumu izšķīdušo vielu, ir pārāk polārs šķīdinātājs un tam ir neparasti augsta dielektriskā konstante (78,5 K).

Piemēri

Tālāk ir minēti trīs šķīdināšanas ūdenī piemēri.

Kalcija hlorīds

Izšķīdinot kalcija hlorīdu ūdenī, siltums tiek atbrīvots kā Ca ²⁺ katjoni un Cl ^- anjoni solvatējas . Ca ²⁺ ieskauj skaits ūdens molekulu, kas vienādas vai lielākas par sešām (Ca ²⁺ -OH ₂ ).

Tāpat Cl ^- ieskauj ūdeņraža atomi, ūdens δ + reģions (Cl ^- -H ₂ O). Atbrīvoto siltumu var izmantot, lai izkausētu ledus masas.

Urīnviela

Karbamīda gadījumā tā ir organiska molekula ar struktūru H ₂ N - CO - NH ₂ . Kad solvatētā, ka H ₂ O molekulas veido ūdeņraža saites ar diviem aminogrupu (-NH ₂ -OH ₂ ) un ar karbonilgrupa grupu (C = O-H ₂ O). Šī mijiedarbība ir atbildīga par tā lielisko šķīdību ūdenī.

Tāpat tā izšķīšana ir endotermiska, tas ir, tas atdzesē ūdens trauku, kur tas tiek pievienots.

Amonija nitrāts

Amonija nitrāts, tāpat kā urīnviela, ir izšķīdināta viela, kas atdzesē šķīdumu pēc tā jonu šķīdināšanas. NH ₄ ⁺ ir solvatētā līdzīgā veidā uz Ca ²⁺ , lai gan iespējams, sakarā ar tās tetraedriskā ģeometrijas tas ir mazāk H ₂ O molekulas ap to; un NO ₃ ^- tiek solvatētā tādā pašā veidā, kā Cl ^- (OH ₂ -O ₂ , kas neizraisa H ₂ O) anjoniem .

Atsauces

1. Glasstone S. (1970). Līgums par ķīmiju un fiziku. Aguilar, SA, Madride, Spānija.
2. Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. Ķīmija. (8. izd.). CENGAGE mācīšanās.
3. Ira N. Levine. (2014). Fizikālās ķīmijas principi. Sestais izdevums. Mc Graw Hill.
4. Ķīmisko vārdnīca. (2017). Risinājuma definīcija. Atgūts no: chemicool.com
5. Belfords R. (nd). Risināšanas procesi. Ķīmija LibreTexts. Atgūts no: chem.libretexts.org
6. Wikipedia. (2018). Atrisinājums. Atgūts no: en.wikipedia.org
7. Hardingers A. Stīvens. (2017). Ilustrētā organiskās ķīmijas vārdnīca: Solution. Atgūts no: chem.ucla.edu
8. Sērfot Guppy. (sf). Risināšanas process. Atgūts no: surfguppy.com