Solvation

Was ist die Solvation??

Der Solvation Es ist die physikalische und chemische Vereinigung zwischen Stoff- und Lösungsmittelpartikeln in einer Lösung. Es unterscheidet sich vom Konzept der Löslichkeit in der Tatsache, dass es kein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen einem Feststoff und seinen gelösten Partikeln gibt.

Diese Vereinigung ist für die gelösten Feststoffe verantwortlich, die angesichts der Zuschauer "verschwinden"; In Wirklichkeit werden die Partikel sehr klein und "verpackt" von Lösungsmittelmolekülenblättern, was sie unmöglich macht, sie zu beobachten.

Im oberen Bild wird eine sehr allgemeine Skizze der Solvatation eines Teilchens M dargestellt. M kann in Ordnung sein (m⁺) oder ein Molekül; Und S ist das Lösungsmittelmolekül, das jede Verbindung im flüssigen Zustand sein kann (obwohl es auch Gas sein kann).

Beachten Primäre Solvatationskugel. Andere M -Moleküle in höherem Abstand interagieren von Van der Waals Kräfte mit ersteren, bilden eine sekundäre Lösungskugel und so weiter, bis jede Ordnung offensichtlich ist.

Solvationsprozess

Quelle: Gabriel Bolívar

Molekular, wie ist der Solvationsprozess? Das obere Bild fasst die erforderlichen Schritte zusammen.

Die blauen Lösungsmittelmoleküle werden zunächst geordnet, um miteinander zu interagieren (S-S); Und die Partikel (Ionen oder Moleküle) von gelösten, lila, tun dasselbe mit starken oder schwachen M-M-Wechselwirkungen.

Um die Solvatation auftreten zu lassen, müssen sich sowohl Lösungsmittel als auch gelöste Stoffe ausdehnen (zweiter schwarzer Pfeil), um Stoff-Lösungsmittel-Wechselwirkungen (m-S) zuzulassen.

Dies impliziert notwendigerweise eine Abnahme der Wechselwirkungen zwischen Stoff und Lösungsmittel und Lösungsmittel; Abnahme, die Energie erfordert, und daher ist dieser erste Schritt endotherm.

Sobald sich der gelöste Stoff und das Lösungsmittel molekular erweitert haben, mischen und austauschen Orte im Weltraum. Jeder lila Kreis des zweiten Bildes kann mit dem des ersten Bildes verglichen werden.

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Eine Änderung der Reihenfolge der Partikel kann im Bild detailliert sein; am Anfang bestellt und am Ende unordentlich. Infolgedessen ist der letzte Schritt exotherm, da die Bildung der neuen Wechselwirkungen alle Partikel der Lösung stabilisiert.

Energieaspekte

Hinter dem Solvationsprozess gibt es viele Energieaspekte, die berücksichtigt werden müssen. Erstens: Die Interaktionen S-S, M-M und M-S.

Wenn die M-S-Wechselwirkungen zwischen dem gelösten Stoff und dem Lösungsmittel im Vergleich zu denen der einzelnen Komponenten viel überlegen (stark und stabil) sind, wird von einem exothermen Solversierungsprozess gesprochen. Und daher wird Energie in die Umwelt freigesetzt, die durch Messung des Temperaturanstiegs mit einem Thermometer überprüft werden kann.

Wenn im Gegenteil die Wechselwirkungen M-M und S-S stärker sind als die M-S, benötigt es mehr Energie als die, die sie verdienen, sobald die Solvatation gipfelt.

Es wird dann über einen endothermen Lösungsverfahren gesprochen. Da in diesem Fall die Temperatur abnimmt oder was gleich ist, die Umgebung kühlt kühl.

Es gibt zwei grundlegende Faktoren, die regieren, ob sich ein gelöster Stoff in einem Lösungsmittel auflöst oder nicht. Die erste ist die Änderung der Lösung der Auflösung (ΔH_Dis), Wie erläutert, und die zweite ist die Änderung der Entropie (ΔS) zwischen dem gelösten und dem gelösten gelösten Stoff. Im Allgemeinen ist ΔS mit der oben genannten Erhöhung der Störung verbunden.

Intermolekulare Wechselwirkungen

Es wurde erwähnt, dass die Solvation das Ergebnis der physikalischen und chemischen Vereinigung zwischen dem gelösten und dem Lösungsmittel ist; Wie genau sind diese Interaktionen oder Gewerkschaften jedoch?

Wenn der gelöste Stoff ein Ion ist, m⁺, Die sogenannten Ionen-Dipolo-Wechselwirkungen werden erzeugt (m⁺-S); Und wenn es sich um ein Molekül handelt, dann gibt es Dipol-Dipolo-Wechselwirkungen oder Londoner Dispersionskräfte.

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Wenn Sie über Dipolo-Dipolo-Wechselwirkungen sprechen, wird gesagt, dass es in M ​​und S ein dauerhaftes Dipolmoment gibt. Somit interagiert die in Elektronen Δ- m reichhaltige Region mit dem schlechten Bereich von Elektron Δ+ von s. Das Ergebnis all dieser Wechselwirkungen ist die Bildung mehrerer Solvata -Bereiche um m.

Darüber hinaus gibt es andere Arten von Interaktionen: die Koordinative. Hier sind die Moleküle der S -Koordinationsverbindungen (oder Dativ) mit M, die verschiedene Geometrien bilden.

Eine grundlegende Regel zum Auswendiglernen und Vorhersagen der Affinität zwischen dem gelösten Stoff und dem Lösungsmittel ist: Gleiche löst sich gleich auf. Daher lösen sich polare Substanzen in gleichermaßen polarer Lösungsmittel mit großer Leichtigkeit. und apolare Substanzen in apolaren Lösungsmitteln auflösen.

Unterschiede zwischen Solvatation und Hydratation

Quelle: Gabriel Bolívar

Wie unterscheidet sich die Lösung der Hydratation?? Die beiden identischen Prozesse, außer weil die S-S des ersten Bildes durch die des Wassers H-H ersetzt werden, werden ersetzt.

Im überlegenen Bild sehen Sie ein Kation m⁺ umgeben von sechs H -Molekülen₂ENTWEDER. Es ist zu beachten-.

Hinter dem ersten Sphäre der Hydratation werden andere Wassermoleküle durch Wasserstoffbrücken zusammengefasst (OH₂-Oh₂). Dies sind Ionen-Dipolo-Wechselwirkungen vom Typ Ionen. Wassermoleküle können jedoch auch Koordinationsbindungen mit dem positiven Zentrum bilden, insbesondere wenn es metallisch ist.

So die berühmten Aquokomplejos M (OH₂)_N. Als n = 6 im Bild sind die sechs Moleküle in einem Oktaeder der Koordination (der inneren Hydratationskugel) um m ausgerichtet. Abhängig von der Größe von m⁺, Die Größe seiner Last und seine elektronische Verfügbarkeit, sagte die Kugel, kann kleiner oder größer sein.

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Wasser ist vielleicht das überraschendste Lösungsmittel von allen: Es löst eine unermessliche Menge an gelösten Stoffen auf, es ist ein Lösungsmittel zu polar und hat eine ungewöhnlich hohe Dielektrizitätskonstante (78.5 K).

Beispiele für Lösungen

Im Folgenden finden Sie drei Beispiele für die Solvatation im Wasser.

Calciumchlorid

Beim Auflösen von Kalziumchlorid in Wasser wird Wärme freigesetzt, wenn die CA -Kationen gelöst werden²⁺ und Clanionen^-. Die ca²⁺ Es ist von einer Reihe von Wassermolekülen umgeben, die gleich oder mehr als sechs (CA)²⁺-Oh₂).

Auch der CL^- Es ist von Wasserstoffatomen umgeben, der Δ+ -Region des Wassers (CL)^--H₂ENTWEDER). Die freigesetzte Hitze kann für die Schmelzen von Eismassen verwendet werden.

Harnstoff

Im Falle von Harnstoff ist es ein organisches Molekül mit H -Struktur₂N-Co-nh₂. Beim Lösen hmoleküle₂O mit den beiden Aminggruppen (-nh) Wasserstoffbrücken bilden (-nh₂-Oh₂) und mit der Carbonylgruppe (C = O-H₂ENTWEDER). Diese Wechselwirkungen sind für ihre große Löslichkeit im Wasser verantwortlich.

Auch seine Auflösung ist endotherm, das heißt, es kühlt den Wasserbehälter, in dem er hinzugefügt wird.

Ammoniumnitrat

Ammoniumnitrat ist wie Harnstoff ein gelöster Stoff, der die Auflösung nach der Solvation seiner Ionen abkühlt. Der NH₄⁺ Solvata ähnlich wie CA²⁺, Obwohl wahrscheinlich, weil es sich um eine tetraedrische Geometrie handelt, weniger H -Moleküle besitzt₂Oder um ihn herum; Und nein₃^- Solvata genauso wie Clanionen^- (Oh₂-ENTWEDER₂Nr. H₂ENTWEDER).

Verweise

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemie. (8. Aufl.). Cengage Lernen.
2. Belford r. (S.F.). Solvationsprozesse. Chemistry Librettexts. Erholt von: Chem.Librettexts.Org
3. Guppy Surf. (S.F.). Der Prozess der Solvatation. Abgerufen von: surfgupy.com