LÖSNING: PROCESS, SKILLNADER MED HYDRERING OCH EXEMPEL - KEMI - 2025

Den solvatisering är den fysiska och kemisk bindning mellan lösta partiklar och lösningsmedel i en lösning. Det skiljer sig från begreppet löslighet i det faktum att det inte finns någon termodynamisk jämvikt mellan ett fast ämne och dess upplösta partiklar.

Denna förening är ansvarig för att de upplösta fasta ämnena "försvinner" med tanke på åskådarna; när i verkligheten blir partiklarna mycket små och hamnar "lindade" i ark med lösningsmedelmolekyler, vilket gör dem omöjliga att observera.

Källa: Gabriel Bolívar

En mycket allmän skiss av solvationen av en M-partikel representeras i den övre bilden. M kan vara antingen en jon (M ⁺ ) eller en molekyl; och S är lösningsmedelsmolekylen, som kan vara vilken som helst förening i flytande tillstånd (även om den också kan vara gasformig).

Observera att M är omgiven av sex molekyler av S, som utgör det som kallas sfären för primär solvation. Andra S-molekyler på ett större avstånd interagerar av Van der Waals-krafter med den förstnämnda och bildar en sfär av sekundär solvation, och så vidare tills viss ordning inte är uppenbar.

Lösningsprocess

Källa: Gabriel Bolívar

Molekylärt, hur är solvationsprocessen? Bilden ovan sammanfattar de nödvändiga stegen.

Lösningsmedelsmolekylerna, som har blå färg, beställs initialt, alla interagerar med varandra (SS); och lila lösta partiklar (joner eller molekyler) gör samma sak med starka eller svaga MM-interaktioner.

För att solvation ska ske måste både lösningsmedel och löst material utvidgas (andra svarta pilen) för att möjliggöra interaktioner mellan lösningsmedel och lösningsmedel.

Detta innebär nödvändigtvis en minskning av interaktioner mellan lösta ämnen och lösningsmedel och lösningsmedel; minska som kräver energi, och därför är detta första steg endotermiskt.

När det lösta ämnet och lösningsmedlet har expanderat molekylärt blandas och byter de ut platser i rymden. Varje lila cirkel i den andra bilden kan jämföras med den i den första bilden.

En förändring i graden av ordning av partiklarna kan detaljeras i bilden; ordnade i början och orolig i slutet. Som en konsekvens är det sista steget exotermt, eftersom bildandet av de nya MS-interaktionerna stabiliserar alla partiklar i lösningen.

Energiaspekter

Bakom solvationsprocessen finns det många energiska aspekter som måste beaktas. Först: SS, MM och MS-interaktioner.

När MS-interaktioner, det vill säga mellan det lösta ämnet och lösningsmedlet, är mycket högre (starka och stabila) jämfört med de för de enskilda komponenterna, talar vi om en exoterm solvationsprocess; och därför frigörs energi till mediet, vilket kan verifieras genom att mäta temperaturökningen med en termometer.

Om å andra sidan MM- och SS-interaktioner är starkare än MS, för att ”expandera” kommer de att behöva mer energi än de får när solvationen är klar.

Vi talar då om en endoterm lösningsprocess. Detta är fallet, ett temperaturfall sjunker, eller vad som är samma, omgivningen kyls.

Det finns två grundläggande faktorer som dikterar huruvida ett löst ämne upplöses i ett lösningsmedel. Den första är entalpiförändringen av lösningen (disH _dis ), som just förklarats, och den andra är entropiförändringen (ΔS) mellan lösta och upplösta lösta ämnen. Generellt sett är associatedS förknippat med ökningen av störning som också nämns ovan.

Intermolekylära interaktioner

Det nämndes att solvation är resultatet av den fysikaliska och kemiska bindningen mellan det lösta ämnet och lösningsmedlet; men hur är exakt dessa interaktioner eller fackföreningar?

Om det lösta ämnet är en jon, M ⁺ , inträffar de så kallade jon-dipolinteraktioner (M ⁺ -S); och om det är en molekyl, kommer det att finnas dipol-dipol-interaktioner eller London-spridningskrafter.

När man talar om dipol-dipol-interaktioner sägs det att det finns ett permanent dipol-ögonblick i M och S. Således interagerar den 5-elektronrika regionen av M med den 5 + elektronfattiga regionen i S. Resultatet av alla dessa Interaktioner är bildandet av flera solvationsfärer runt M.

Dessutom finns det en annan typ av interaktion: koordinativet. Här bildar S-molekylerna koordination (eller dativ) bindningar med M och bildar olika geometrier.

En grundregel för att memorera och förutsäga affiniteten mellan lösta ämnen och lösningsmedel är: som upplöses som. Därför löses polära substanser mycket lätt i lika polära lösningsmedel; och icke-polära ämnen upplöses i icke-polära lösningsmedel.

Skillnader med hydrering

Källa: Gabriel Bolívar

Hur skiljer sig solvation från hydrering? De två identiska processerna, förutom att S-molekylerna, i den första bilden, ersätts av vatten, HOH.

I den övre bilden kan du se en M ⁺ -kation omgiven av sex H ₂ O- molekyler . Observera att syreatomerna (röd i färg) är riktade mot den positiva laddningen, eftersom det är den mest elektronegativa och därför båda har den högsta negativa densiteten 5.

Bakom den första hydratisering sfären är andra vattenmolekyler grupperade runt genom vätebindningar (OH ₂ -OH ₂ ). Dessa är jon-dipol-interaktioner. Vattenmolekyler kan emellertid också bilda koordinationsbindningar med det positiva centrumet, särskilt om det är metalliskt.

Således har de berömda vattenkomplexen, M (OH ₂ ) _n , sitt ursprung . Eftersom n = 6 i bilden, är de sex molekylerna orienterade runt M i en koordination oktaeder (den inre hydratiseringsfären). Beroende på storleken på M ⁺ , storleken på dess laddning och dess elektroniska tillgänglighet kan denna sfär vara mindre eller större.

Vatten är kanske det mest fantastiska lösningsmedlet av allt: det löser upp en omätbar mängd lösta ämnen, är ett för polärt lösningsmedel och har en onormalt hög dielektrisk konstant (78,5 K).

exempel

Tre exempel på solvation i vatten nämns nedan.

Kalciumklorid

Genom upplösning av kalciumklorid i vatten, är värme som frigörs som Ca ^{2 +} katjoner och Cl ^- anjoner solvat . Ca ²⁺ är omgiven av ett antal vattenmolekyler lika med eller större än sex (Ca ²⁺ -OH ₂ ).

Likaledes, Cl ^- är omgiven av väteatomer, den δ + regionen av vatten (Cl ^- -H ₂ O). Den frigjorda värmen kan användas för att smälta ismassor.

urea

I fallet med urea, är det en organisk molekyl med strukturen H ₂ N - CO - NH ₂ . När solvatiserad, de H ₂ O molekyler bildar vätebindningar med de två aminogrupperna (-NH ₂ -OH ₂ ) och med karbonylgruppen (C = O-H ₂ O). Dessa interaktioner är ansvariga för dess stora löslighet i vatten.

Likaså är dess upplösning endotermisk, det vill säga den kyler vattenbehållaren där den tillsätts.

Ammoniumnitrat

Ammoniumnitrat, som urea, är ett lösningsmedel som kyler lösningen efter lösningen av dess joner. NH ₄ ⁺ solvatiseras på ett liknande sätt till Ca ²⁺ , men förmodligen på grund av dess tetraedrisk geometri det har färre H ₂ O molekyler runt den; och NO ₃ ^- solvatiseras på samma sätt som Cl ^- (OH ₂ -O ₂ NO- H ₂ O) anjoner .

referenser

1. Glasstone S. (1970). Fördraget om kemi och fysik. Aguilar, SA, Madrid, Spanien.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning.
3. Ira N. Levine. (2014). Principer för fysikkemi. Sjätte upplagan. Mc Graw Hill.
4. Chemicool Dictionary. (2017). Definition av solvation. Återställd från: chemicool.com
5. Belford R. (nd). Lösningsprocesser. Kemi LibreTexts. Återställd från: chem.libretexts.org
6. Wikipedia. (2018). Upplösning. Återställd från: en.wikipedia.org
7. Hardinger A. Steven. (2017). Illustrerad ordlista över organisk kemi: solvation. Återställdes från: chem.ucla.edu
8. Surfa Guppy. (Sf). Processen för lösning. Återställs från: surfguppy.com