REZOLVARE: PROCES, DIFERENȚE CU HIDRATAREA ȘI EXEMPLE - CHIMIE - 2024

Solvarea este lipirea fizică și chimică între particulele de solut și solvent într - o soluție. Acesta diferă de conceptul de solubilitate prin faptul că nu există un echilibru termodinamic între un solid și particulele sale dizolvate.

Această uniune este responsabilă de disparerea solidelor dizolvate, având în vedere spectatorii; când, în realitate, particulele devin foarte mici și sfârșesc „înfășurate” în foi de molecule de solvent, ceea ce le face imposibil de observat.

Sursa: Gabriel Bolívar

În imaginea superioară este reprezentată o schiță foarte generală a solvării unei particule M. M poate fi fie un ion (M ⁺ ), fie o moleculă; și S este molecula de solvent, care poate fi orice compus în stare lichidă (deși poate fi și gazoasă).

Rețineți că M este înconjurat de șase molecule de S, care alcătuiesc ceea ce este cunoscut sub denumirea de sferă de solvație primară. Alte molecule S la o distanță mai mare interacționează prin forțele Van der Waals cu primele, formând o sferă de solvație secundară și așa mai departe până când o anumită ordonare nu este evidentă.

Procesul de soluționare

Sursa: Gabriel Bolívar

Molecular, cum este procesul de solvare? Imaginea de mai sus rezumă pașii necesari.

Moleculele de solvent, de culoare albastră, sunt ordonate inițial, interacționând între ele (SS); și particulele de solut violet (ioni sau molecule) fac același lucru cu interacțiunile MM puternice sau slabe.

Pentru ca solvarea să apară, atât solventul cât și solutul trebuie să se extindă (a doua săgeată neagră) pentru a permite interacțiunile solut-solvent (MS).

Aceasta implică în mod necesar o scădere a interacțiunilor solut-solut și solvent-solvent; scădere care necesită energie și, prin urmare, acest prim pas este endotermic.

Odată ce solutul și solventul s-au extins molecular, cele două se amestecă și se schimbă locuri în spațiu. Fiecare cerc violet din a doua imagine poate fi comparat cu cel din prima imagine.

O schimbare a gradului de ordonare a particulelor poate fi detaliată în imagine; ordonat la început și dezordonat la sfârșit. În consecință, ultimul pas este exotermic, deoarece formarea noilor interacțiuni SM stabilizează toate particulele din soluție.

Aspecte energetice

În spatele procesului de solvare, există multe aspecte energetice care trebuie luate în considerare. În primul rând: interacțiuni SS, MM și MS.

Când interacțiunile SM, adică între solut și solvent, sunt mult mai mari (puternice și stabile) în comparație cu cele ale componentelor individuale, vorbim de un proces de solvare exotermică; și, prin urmare, energia este eliberată în mediu, care poate fi verificată prin măsurarea creșterii temperaturii cu un termometru.

Dacă, dimpotrivă, interacțiunile MM și SS sunt mai puternice decât interacțiunile SM, atunci pentru a „extinde” vor avea nevoie de mai multă energie decât câștigă odată ce solvarea va fi finalizată.

Vorbim atunci despre un proces de solvare endotermică. Acesta fiind cazul, se înregistrează o scădere a temperaturii sau, ceea ce este același, împrejurimile sunt răcite.

Există doi factori fundamentali care dictează dacă un solut se dizolvă sau nu într-un solvent. Prima este schimbarea de entalpie a soluției (disH _dis ), așa cum tocmai a fost explicat, iar a doua este schimbarea de entropie (ΔS) între solut și solut dizolvat. În general, ΔS este asociat cu creșterea tulburării, menționată mai sus.

Interacțiuni intermoleculare

S-a menționat că solvarea este rezultatul legăturii fizice și chimice dintre solut și solvent; cu toate acestea, cum sunt exact aceste interacțiuni sau uniuni?

Dacă solutul este un ion, M ⁺ , apar așa-numitele interacțiuni ion-dipol (M ⁺ -S); și dacă este o moleculă, atunci vor exista interacțiuni dipol-dipol sau forțe de împrăștiere londoneze.

Când vorbim despre interacțiuni dipol-dipol, se spune că există un moment dipol permanent în M și S. Astfel, regiunea bogată în electroni M de M interacționează cu regiunea săracă de electroni δ + S. Rezultatul tuturor acestor Interacțiunile reprezintă formarea mai multor sfere de solvație în jurul M.

În plus, există un alt tip de interacțiune: coordonatorul. Aici, moleculele S formează legături de coordonare (sau dativ) cu M, formând diferite geometrii.

O regulă fundamentală pentru memorarea și prezicerea afinității dintre solut și solvent este: ca dizolvarea ca. Prin urmare, substanțele polare se dizolvă foarte ușor în solvenți la fel de polari; iar substanțele nepolare se dizolvă în solvenții nonpolari.

Diferențe cu hidratarea

Sursa: Gabriel Bolívar

Cum este diferită solvarea de hidratare? Cele două procese identice, cu excepția faptului că moleculele S, din prima imagine, sunt înlocuite cu cele ale apei, HOH.

În imaginea superioară puteți vedea un cation M ⁺ înconjurat de șase molecule H ₂ O. Rețineți că atomii de oxigen (de culoare roșie) sunt direcționați către sarcina pozitivă, deoarece este cel mai electronegativ și, prin urmare, ambele au cea mai mare densitate negativă δ-.

In spatele primei sfera de hidratare, alte molecule de apă sunt grupate în jurul prin legături de hidrogen (OH ₂ - OH ₂ ). Acestea sunt interacțiuni ion-dipol. Cu toate acestea, moleculele de apă pot forma și legături de coordonare cu centrul pozitiv, mai ales dacă este metalică.

Astfel, faimoasele complexele de apă, M (OH ₂ ) _n , provin . Deoarece n = 6 din imagine, cele șase molecule sunt orientate în jurul M într-un octaedru de coordonare (sfera internă a hidratării). În funcție de dimensiunea M ⁺ , de mărimea încărcării sale și de disponibilitatea electronică, această sferă poate fi mai mică sau mai mare.

Apa este poate cel mai uimitor solvent dintre toate: dizolvă o cantitate incomensurabilă de soluți, este un solvent prea polar și are o constantă dielectrică anormal de ridicată (78,5 K).

Exemple

Mai jos sunt menționate trei exemple de solvare în apă.

Clorura de calciu

Prin dizolvarea clorurii de calciu în apă, se eliberează căldură sub formă de cationi Ca2 ⁺ și solvenți Cl ^- anioni . Ca ²⁺ este înconjurat de un număr de molecule de apă este egală sau mai mare de șase (Ca ²⁺ OH ₂ ).

De asemenea, Cl ^- este înconjurat de atomi de hidrogen, se δ + regiunea apă (Cl ^- -H ₂ O). Căldura degajată poate fi folosită pentru topirea masei de gheață.

Uree

În cazul ureei, este o moleculă organică cu structura H ₂ N - CO - NH ₂ . Când solvatată, H ₂ O molecule formează legături de hidrogen cu cele două grupări amino (-NH ₂ OH ₂ ) și cu gruparea carbonil (C = O-H ₂ O). Aceste interacțiuni sunt responsabile pentru marea solubilitate în apă.

La fel, dizolvarea sa este endotermică, adică răcește recipientul de apă unde este adăugat.

Nitrat de amoniu

Nitratul de amoniu, la fel ca urea, este un solut care răcește soluția după solvarea ionilor săi. NH ₄ ⁺ este solvatat într - un mod similar cu Ca ²⁺ , cu toate că , probabil , datorită geometriei sale tetraedrice are mai puține H ₂ O molecule în jurul acestuia; și NO ₃ ^- este solvatat în același mod ca și Cl ^- (OH ₂ -O ₂ NO- H ₂ O) anioni .

Referințe

1. Glasstone S. (1970). Tratat de chimie și fizică. Aguilar, SA, Madrid, Spania.
2. Whitten, Davis, Peck și Stanley. Chimie. (Ediția a VIII-a). CENGAGE Învățare.
3. Ira N. Levine. (2014). Principiile fizico-chimiei. Ediția a șasea. Mc Graw Hill.
4. Dicționar Chemicool. (2017). Definiția Solvation. Recuperat de la: chemicool.com
5. Belford R. (nd). Procese de soluționare. Chimie LibreTexturi. Recuperat din: chem.libretexts.org
6. Wikipedia. (2018). Solvatare. Recuperat de la: en.wikipedia.org
7. Hardinger A. Steven. (2017). Glosar ilustrat de chimie organică: soluție Recuperat din: chem.ucla.edu
8. Surf Guppy. (Sf). Procesul de soluționare. Recuperat de la: surfguppy.com