- Quá trình giải quyết
- Khía cạnh năng lượng
- Tương tác giữa các phân tử
- Sự khác biệt với quá trình hydrat hóa
- Ví dụ
- Clorua canxi
- Urê
- Amoni nitrat
- Người giới thiệu
Sự solvat hóa là sự liên kết vật lý và hóa học giữa các hạt chất tan và dung môi trong dung dịch. Nó khác với khái niệm về độ hòa tan ở chỗ không có sự cân bằng nhiệt động lực học giữa chất rắn và các hạt hòa tan của nó.
Công đoàn này chịu trách nhiệm về việc chất rắn hòa tan "biến mất" trong tầm nhìn của khán giả; trong khi trong thực tế, các hạt trở nên rất nhỏ và cuối cùng bị "bọc" trong các tấm phân tử dung môi, khiến chúng không thể quan sát được.
Nguồn: Gabriel Bolívar
Hình trên mô tả một bản phác thảo tổng quát về độ solvat hóa của hạt M. M có thể là ion (M + ) hoặc phân tử; và S là phân tử dung môi, có thể là bất kỳ hợp chất nào ở trạng thái lỏng (mặc dù nó cũng có thể ở thể khí).
Lưu ý rằng M được bao quanh bởi sáu phân tử S, phân tử này tạo nên cái được gọi là quả cầu của sự solvat hóa chính. Các phân tử S khác ở một khoảng cách lớn hơn tương tác bởi lực Van der Waals với phân tử trước đó, tạo thành một khối cầu solvat hóa thứ cấp, và cứ tiếp tục như vậy cho đến khi một số thứ tự không còn rõ ràng.
Quá trình giải quyết
Nguồn: Gabriel Bolívar
Về mặt phân tử, quá trình solvat hóa như thế nào? Hình ảnh trên tóm tắt các bước cần thiết.
Các phân tử dung môi, có màu xanh lam, được sắp xếp thứ tự ban đầu, tất cả đều tương tác với nhau (SS); và các hạt chất tan màu tím (ion hoặc phân tử) cũng làm như vậy với tương tác MM mạnh hay yếu.
Để quá trình solvat xảy ra, cả dung môi và chất tan phải nở ra (mũi tên màu đen thứ hai) để cho phép tương tác giữa chất tan và dung môi (MS).
Điều này nhất thiết ngụ ý sự giảm tương tác giữa chất tan - chất tan và dung môi - dung môi; giảm mà cần năng lượng, và do đó bước đầu tiên này là thu nhiệt.
Khi chất tan và dung môi đã mở rộng về mặt phân tử, hai chất này trộn lẫn và trao đổi vị trí trong không gian. Mỗi vòng tròn màu tím trong hình ảnh thứ hai có thể được so sánh với hình tròn trong hình ảnh đầu tiên.
Sự thay đổi mức độ sắp xếp của các hạt có thể được trình bày chi tiết trong hình ảnh; trật tự ở đầu, và trật tự ở cuối. Do đó, bước cuối cùng là tỏa nhiệt, vì sự hình thành của các tương tác MS mới làm ổn định tất cả các hạt trong dung dịch.
Khía cạnh năng lượng
Đằng sau quá trình solvat hóa, có nhiều khía cạnh năng lượng phải được tính đến. Thứ nhất: Tương tác SS, MM và MS.
Khi tương tác của MS, tức là giữa chất tan và dung môi, cao hơn nhiều (mạnh và ổn định) so với tương tác của các thành phần riêng lẻ, chúng ta nói đến quá trình hòa tan tỏa nhiệt; và do đó, năng lượng được giải phóng cho môi trường, có thể được xác minh bằng cách đo sự gia tăng nhiệt độ bằng nhiệt kế.
Mặt khác, nếu tương tác giữa MM và SS mạnh hơn MS, thì để “mở rộng”, chúng sẽ cần nhiều năng lượng hơn chúng nhận được sau khi quá trình giải hoàn tất.
Sau đó chúng ta nói về quá trình solvat hóa thu nhiệt. Đó là trường hợp, nhiệt độ giảm được ghi lại, hoặc tương tự, môi trường xung quanh được làm mát.
Có hai yếu tố cơ bản quyết định chất tan có hòa tan trong dung môi hay không. Đầu tiên là sự thay đổi entanpi của dung dịch (ΔH dis ), như vừa giải thích, và thứ hai là sự thay đổi entropi (ΔS) giữa chất tan và chất tan bị hòa tan. Nói chung, ΔS có liên quan đến sự gia tăng rối loạn cũng được đề cập ở trên.
Tương tác giữa các phân tử
Người ta đã đề cập rằng quá trình hòa tan là kết quả của liên kết vật lý và hóa học giữa chất tan và dung môi; tuy nhiên, chính xác thì những tương tác hay công đoàn này như thế nào?
Nếu chất tan là một ion, M + , thì cái gọi là tương tác ion-lưỡng cực (M + -S) xảy ra ; và nếu là phân tử thì sẽ có các tương tác lưỡng cực-lưỡng cực hoặc lực tán xạ London.
Khi nói về tương tác lưỡng cực-lưỡng cực, người ta nói rằng có một mômen lưỡng cực vĩnh viễn trong M và S. Do đó, vùng giàu electron δ của M tương tác với vùng nghèo electron δ + của S. Kết quả của tất cả những điều này Tương tác là sự hình thành một số quả cầu solvat hóa xung quanh M.
Ngoài ra, có một loại tương tác khác: tương tác. Tại đây, các phân tử S hình thành liên kết phối trí (hoặc gốc) với M, tạo thành các dạng hình học khác nhau.
Một quy tắc cơ bản để ghi nhớ và dự đoán ái lực giữa chất tan và dung môi là: like tan like. Do đó, các chất phân cực tan rất dễ dàng trong các dung môi phân cực như nhau; và các chất không phân cực tan trong dung môi không phân cực.
Sự khác biệt với quá trình hydrat hóa
Nguồn: Gabriel Bolívar
Sự solvat hóa khác với sự hydrat hóa như thế nào? Hai quá trình giống hệt nhau, ngoại trừ việc các phân tử S, trong hình đầu tiên, được thay thế bởi nước, HOH.
Trong hình trên, bạn có thể thấy một cation M + được bao quanh bởi sáu phân tử H 2 O. Lưu ý rằng các nguyên tử oxy (màu đỏ) hướng về điện tích dương, vì nó mang điện âm nhất và do đó cả hai đều có mật độ âm cao nhất δ-.
Phía sau quả cầu hydrat hóa đầu tiên, các phân tử nước khác được nhóm xung quanh bằng các liên kết hydro (OH 2 -OH 2 ). Đây là những tương tác ion-lưỡng cực. Tuy nhiên, các phân tử nước cũng có thể hình thành liên kết phối trí với tâm dương, đặc biệt nếu nó là kim loại.
Do đó, các phức nước nổi tiếng, M (OH 2 ) n , bắt nguồn . Vì n = 6 trong hình, sáu phân tử được định hướng xung quanh M trong một khối bát diện phối trí (hình cầu bên trong hydrat hóa). Tùy thuộc vào kích thước của M + , độ lớn của điện tích và tính khả dụng điện tử của nó, quả cầu này có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn.
Nước có lẽ là dung môi tuyệt vời nhất: nó hòa tan vô số chất hòa tan, là dung môi quá phân cực và có hằng số điện môi cao bất thường (78,5 K).
Ví dụ
Ba ví dụ về quá trình solvat hóa trong nước được đề cập dưới đây.
Clorua canxi
Bằng cách hòa tan canxi clorua trong nước, nhiệt được giải phóng dưới dạng các cation Ca 2+ và anion Cl - hòa tan . Ca 2+ được bao quanh bởi một số phân tử nước bằng hoặc lớn hơn sáu (Ca 2+ -OH 2 ).
Tương tự như vậy, Cl - được bao quanh bởi các nguyên tử hydro, vùng δ + của nước (Cl - -H 2 O). Nhiệt lượng tỏa ra có thể được sử dụng để làm tan chảy các khối băng.
Urê
Trong trường hợp urê, nó là một phân tử hữu cơ có cấu trúc H 2 N - CO - NH 2 . Khi bị solvat hóa, các phân tử H 2 O tạo liên kết hydro với hai nhóm amin (-NH 2 -OH 2 ) và với nhóm cacbonyl (C = O-H 2 O). Những tương tác này là nguyên nhân dẫn đến khả năng hòa tan lớn của nó trong nước.
Tương tự như vậy, sự hòa tan của nó là thu nhiệt, tức là, nó làm lạnh bình chứa nước nơi nó được thêm vào.
Amoni nitrat
Amoni nitrat, giống như urê, là một chất tan làm nguội dung dịch sau khi các ion của nó bị solvat hóa. NH 4 + được solvat hóa theo cách tương tự như Ca 2+ , mặc dù có lẽ do dạng hình học tứ diện nên có ít phân tử H 2 O xung quanh nó hơn; và NO 3 - được solvat hóa tương tự như anion Cl - (OH 2 -O 2 NO- H 2 O).
Người giới thiệu
- Glasstone S. (1970). Hiệp ước Hóa học và Vật lý. Aguilar, SA, Madrid, Tây Ban Nha.
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Hóa học. (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập.
- Ira N. Levine. (2014). Nguyên lý Hóa lý. Phiên bản thứ sáu. Đồi Mc Graw.
- Từ điển Chemicool. (2017). Định nghĩa về Solvation. Phục hồi từ: chemicool.com
- Belford R. (nd). Quá trình giải quyết. Hóa học LibreTexts. Được khôi phục từ: chem.libretexts.org
- Wikipedia. (2018). Sự giải thoát. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
- Hardinger A. Steven. (2017). Thuật ngữ minh họa của Hóa học hữu cơ: Solvation. Được phục hồi từ: chem.ucla.edu
- Lướt sóng Guppy. (sf). Quá trình giải quyết. Phục hồi từ: Surguppy.com