Liuottamisprosessi, erot vedellä ja esimerkit



hydrataatiotila on liuoksessa olevan liuenneiden hiukkasten ja liuottimen välinen fysikaalinen ja kemiallinen liitos. Se eroaa liukoisuuden käsitteestä sillä, että kiinteän aineen ja sen liuenneiden hiukkasten välillä ei ole termodynaamista tasapainoa.

Tämä liitto on vastuussa liuenneiden kiintoaineiden "katoamisesta" katsojien näkökulmasta. kun itse asiassa hiukkaset tulevat hyvin pieniksi ja päätyivät "käärityksiin" liuotinmolekyylien levyillä, mikä tekee niistä mahdottomaksi havaita.

Ylemmässä kuvassa on esitetty hyvin yleinen luonnos partikkelin M solvaatiosta, M voi olla joko ioni (M+) tai molekyyli; ja S on liuotinmolekyyli, joka voi olla mikä tahansa yhdiste nestemäisessä tilassa (vaikka se voi olla myös kaasumainen).

Huomaa, että M: n ympärillä on kuusi S-molekyyliä, jotka muodostavat sen, mitä tunnetaan nimellä Ensisijainen solvaatio-pallo. Muita S: n molekyylejä, jotka ovat suuremmalla etäisyydellä vuorovaikutuksessa Van der Waalsin voimien kanssa entisen kanssa, muodostaen sekundäärisen solvaatioalueen ja niin edelleen, kunnes jokin järjestys ei ole ilmeinen..

indeksi

  • 1 Solvaatioprosessi
  • 2 Energiset näkökohdat
  • 3 Molekyylien väliset vuorovaikutukset
  • 4 Erot vedellä
  • 5 Esimerkkejä
    • 5.1 Kalsiumkloridi
    • 5.2 Úrea
    • 5.3 Ammoniumnitraatti
  • 6 Viitteet

Solvaatioprosessi

Mahdollisesti solvaatioprosessi on molekyylisesti? Yllä oleva kuva tiivistää tarvittavat vaiheet.

Liuotinmolekyylit, jotka ovat sinisiä, tilataan aluksi vuorovaikutuksessa keskenään (S-S); ja liuenneiden hiukkasten (ionien tai molekyylien), purppuranväriset, tekevät samoin vahvojen tai heikojen M-M-vuorovaikutusten kanssa.

Liuottamisen mahdollistamiseksi sekä liuottimen että liuenneen aineen on laajennettava (toinen musta nuoli), jotta sallitaan liukoisten liuottimien vuorovaikutukset (M-S).

Tämä merkitsee välttämättä liukenevien ja liuotinliuottimien vuorovaikutusten vähenemistä; vähennys, joka vaatii energiaa, ja tämä ensimmäinen vaihe on endoterminen.

Kun liukoinen aine ja liuotin on laajentunut molekyylisesti, ne sekoittavat ja vaihtavat paikkoja avaruudessa. Kukin toisen kuvan violetti ympyrä voidaan verrata ensimmäisessä kuvassa olevaan.

Hiukkasien järjestysasteen muutos voidaan kuvata yksityiskohtaisesti kuvassa; tilattu alussa ja epäsäännöllinen lopussa. Tämän seurauksena viimeinen vaihe on eksoterminen, koska uusien M-S-vuorovaikutusten muodostuminen stabiloi kaikki liukenemishiukkaset.

Energianäkökohdat

Solvaatioprosessin takana on monia energisiä näkökohtia, jotka on otettava huomioon. Ensinnäkin: S-S-, M-M- ja M-S-vuorovaikutukset.

Kun M-S-vuorovaikutukset, eli liuoksen ja liuottimen välinen, ovat erittäin hyviä (vahvoja ja stabiileja) verrattuna yksittäisten komponenttien ominaisuuksiin, puhumme eksotermisestä solvaatioprosessista; ja siksi energia vapautuu väliaineeseen, joka voidaan tarkistaa mittaamalla lämpötilan nousu lämpömittarilla.

Jos toisaalta M-M- ja S-S-vuorovaikutukset ovat voimakkaampia kuin M-S-vuorovaikutukset, niin "laajentaa" he tarvitsevat enemmän energiaa kuin ne saavat, kun solvaatio päättyy..

Sitten puhutaan endotermisen solvaation prosessista. Tällöin lämpötila laskee, tai mikä on sama, ympäristö jäähdytetään.

On olemassa kaksi perustekijää, jotka määräävät, liukoiko liuotin liuottimessa vai ei. Ensimmäinen on liukenemisen entalpian muutos (AHdIS), kuten on juuri selitetty, ja toinen on muutos entropiassa (ΔS) liuenneen aineen ja liuenneen liuoksen välillä. Yleensä AS liittyy edellä mainitun häiriön lisääntymiseen.

Molekyylien välinen vuorovaikutus

Mainittiin, että solvaatio on liuenneen aineen ja liuottimen välisen fysikaalisen ja kemiallisen liitoksen tulos; miten nämä vuorovaikutukset tai ammattiliitot ovat kuitenkin täsmällisesti?

Jos liukoinen aine on ioni, M+, niin kutsutut ioni-dipoli-vuorovaikutukset (M+-S); ja jos se on molekyyli, niin siellä on dipoli-dipoli-vuorovaikutuksia tai dispersiovoimia Lontoosta.

Kun puhumme dipoli-dipoli-vuorovaikutuksista, sanotaan, että M: ssä ja S: ssä on pysyvä dipoli-hetki. vuorovaikutus on useiden solvaatio-alojen muodostuminen M: n ympärille.

Lisäksi on olemassa muunlainen vuorovaikutus: koordinaattori. Tässä S: n molekyylit muodostavat koordinaatioita (tai datiivia) sidoksia M: n kanssa, jotka muodostavat erilaisia ​​geometrioita.

Perussääntö solujen ja liuottimen välisen affiniteetin tallentamiseksi ja ennustamiseksi on: yhtäläinen liukenee tasa-arvoon. Siksi polaariset aineet liukenevat hyvin helposti polaarisissa liuottimissa; ja apolaariset aineet liukenevat apolaarisissa liuottimissa.

Erot hydraatiosta

Miten erilainen solvaatio eroaa hydraatiosta? Kaksi identtistä prosessia, paitsi että ensimmäisen kuvan molekyylit S on korvattu vedellä, H-O-H: lla.

Ylemmässä kuvassa näkyy tieto+ kuuden H-molekyylin ympäröimänä2O. Huomaa, että happiatomit (punaiset) suuntautuvat positiiviseen varaukseen, koska se on kaikkein elektronegatiivisin ja siksi sillä on suurin negatiivinen tiheys δ-.

Ensimmäisen hydratointisfäärin takana muut vesimolekyylit ryhmitellään vety- sidosten (OH.) Avulla2-OH2). Nämä ovat ioni-dipolityyppisiä vuorovaikutuksia. Vesimolekyylit voivat myös muodostaa koordinointisidoksia positiivisen keskuksen kanssa, varsinkin jos se on metallista.

Niinpä kuuluisat vesikompleksit, M (OH)2)n. Kuten kuvassa n = 6, kuusi molekyyliä on suunnattu M: n suuntaan koordinaation oktaeedrissä (hydraation sisäpuolella). M: n koosta riippuen+, sen laajuus ja sen sähköinen saatavuus, mainittu pallo voi olla pienempi tai suurempi.

Vesi on ehkä kaikkein yllättävin liuotin: se liukenee liukenematonta määrää liuoksia, se on liian polaarinen liuottimessa ja sillä on epätavallisen korkea dielektrinen vakio (78,5 K).

esimerkit

Alla on kolme esimerkkiä vesiliukoisuudesta.

Kalsiumkloridi

Liuottamalla kalsiumkloridia veteen vapautuu lämpöä, kun Ca-kationit solvatoituvat2+ ja Cl-anionit-. Ca2+ ympäröi joukko vesimolekyylejä, jotka ovat yhtä suuria tai suurempia kuin kuusi (Ca2+-OH2).

Myös Cl- ympäröi vetyatomeja, veden + + alue (Cl--H2O). Vapautettua lämpöä voidaan käyttää sulattamaan jäämassia.

ureaa

Urean tapauksessa se on orgaaninen molekyyli, jolla on rakenne H2N-CO-NH2. Kun solvatoitiin, H-molekyylit2Tai muodostaa vetysiltoja kahden aminoryhmän kanssa (-NH2-OH2) ja karbonyyliryhmällä (C = O-H)2O). Nämä vuorovaikutukset ovat vastuussa sen suuresta liukoisuudesta veteen.

Myös sen liukeneminen on endotermistä eli se jäähdyttää vesisäiliötä, johon se on lisätty.

Ammoniumnitraatti

Ammoniumnitraatti, kuten urea, on liuenne, joka jäähdyttää liukenemisen sen ionien solvaation jälkeen. NH4+ solvaatit samalla tavalla kuin Ca2+, vaikka se johtuu todennäköisesti tetraedrisestä geometriasta, sillä on vähemmän H-molekyylejä2Tai hänen ympärillään; ja NO3- solvaatit samalla tavalla kuin Cl-anionit- (OH2-O2NO-H2O).

viittaukset

  1. Glasstone S. (1970). Kemian ja fysiikan sopimus. Aguilar, S.A., Madrid, Espanja.
  2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemia. (8. painos). CENGAGE Learning.
  3. Ira N. Levine. (2014). Fysikokemian periaatteet. Kuudes painos. Mc Graw Hill.
  4. Chemicool-sanakirja. (2017). Solvaation määritelmä Haettu osoitteesta: chemicool.com
  5. Belford R. (s.f.). Solvaatioprosessit. Kemia LibreTexts. Haettu osoitteesta: chem.libretexts.org
  6. Wikipedia. (2018). Solvataatio. Haettu osoitteesta: en.wikipedia.org
  7. Hardinger A. Steven. (2017). Kuvitettu orgaanisen kemian sanasto: Solvaatio. Haettu osoitteesta: chem.ucla.edu
  8. Surf Guppy. (N.D.). Solvaation prosessi Haettu osoitteesta: surfguppy.com