פתרון: תהליך, הבדלים עם הידרציה ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

Solvation הוא המליטה הפיסיקלית וכימית בין חלקיקים מומס ואת הממס בתמיסה. זה שונה ממושג המסיסות בכך שאין שיווי משקל תרמודינמי בין מוצק לחלקיקים המומסים שלו.

איחוד זה אחראי לכך שהמוצקים המומסים "נעלמים" לנוכח הצופים; כאשר במציאות החלקיקים הופכים להיות קטנים מאוד ובסופו של דבר "עטופים" ביריעות של מולקולות ממסות, מה שהופך אותן לבלתי אפשריות לצפייה.

מקור: גבריאל בוליבר

בתמונה העליונה מיוצג סקיצה כללית מאוד של הפיתוי של חלקיק M. M יכול להיות יון (M ⁺ ) או מולקולה; ו- S היא מולקולת הממס, שיכולה להיות כל תרכובת במצב נוזלי (אם כי היא יכולה להיות גם גזית).

שימו לב ש- M מוקפת בשש מולקולות של S, המרכיבות את מה שמכונה תחום ההתמיסות הראשוני. מולקולות S אחרות שנמצאות במרחק גדול יותר עוברות אינטראקציה בין כוחות ואן-דר וואלס עם הראשונים ויוצרות תחום של התמוססות משנית וכן הלאה עד שלא ניתן יהיה להזמין סדר מסוים.

תהליך הפתרון

מקור: גבריאל בוליבר

מולקולרית, איך תהליך הפיזור? התמונה למעלה מסכמת את הצעדים הנדרשים.

מולקולות הממס, הכחולות בצבע, מסודרות בתחילה, כולן מתקשרות זו עם זו (SS); וחלקיקים ממסים סגולים (יונים או מולקולות) עושים את אותו הדבר עם אינטראקציות MM חזקות או חלשות.

כדי שיתרחש הפיתור, גם הממס וגם המומסים צריכים להתרחב (חץ שחור שני) כדי לאפשר אינטראקציות ממסות-ממס (MS).

זה מרמז בהכרח על ירידה באינטראקציות המומסות-המומסים והממסים; ירידה הדורשת אנרגיה, ולכן צעד ראשון זה הוא אנדותרמי.

לאחר שהמומס והממס התרחבו מולקולרית, השניים מערבבים ומחליפים מקומות בחלל. ניתן להשוות כל מעגל סגול בתמונה השנייה לזו שבתמונה הראשונה.

שינוי במידת הסדר של החלקיקים ניתן לפרט בתמונה; מסודר בהתחלה, ולא מסודר בסוף. כתוצאה מכך, השלב האחרון הוא אקזוטרמי, מכיוון שהיווצרות האינטראקציות של טרשת נפוצה חדשה מייצבת את כל החלקיקים שבתמיסה.

היבטי אנרגיה

מאחורי תהליך הפיתרון ישנם היבטים אנרגטיים רבים שיש לקחת בחשבון. ראשית: אינטראקציות SS, MM ו- MS.

כאשר האינטראקציות בין טרשת נפוצה, כלומר בין המומס לממס, הן הרבה יותר גבוהות (חזקות ויציבות) בהשוואה לאלו של המרכיבים הבודדים, אנו מדברים על תהליך פירוק אקזוטי; ולכן אנרגיה משתחררת למדיום, אשר ניתן לאמת על ידי מדידת עליית הטמפרטורה באמצעות מדחום.

אם לעומת זאת, האינטראקציות בין MM ו- SS חזקות יותר מאלה של טרשת נפוצה, אז כדי "להתרחב" הם יצטרכו יותר אנרגיה ממה שהם מרוויחים ברגע שהפתרון יושלם.

אנו מדברים אז על תהליך הפיתרון האנדותרמי. זה המצב, נרשמת ירידת טמפרטורה, או מה שזהה, הסביבה מתקררת.

ישנם שני גורמים עקרוניים המכתיבים אם מומס מומס מומס בממס או לא. הראשון הוא שינוי האנטלפיה של הפיתרון (disH _dis ), כפי שהוסבר זה עתה, והשני הוא שינוי האנטרופיה (ΔS) בין המומס למומס המומס. באופן כללי, ΔS קשור לעלייה בהפרעה שהוזכרו גם לעיל.

אינטראקציות בין מולקולריות

הוזכר כי ההמסה היא תוצאה של הקשר הפיזי והכימי בין המומס והממס; עם זאת, מה בדיוק האינטראקציות או האיגודים הללו?

אם המומס הוא יון, M ⁺ , מתרחשות מה שנקרא אינטראקציות יון-דיפול (M ⁺ -S); ואם מדובר במולקולה, יהיו אינטראקציות דיפול-דיפול או כוחות פיזור בלונדון.

כשמדברים על אינטראקציות דיפול-דיפול, נאמר שיש רגע דיפול קבוע ב- M ו- S. לפיכך, האזור δ-עשיר באלקטרונים של M מקיים אינטראקציה עם האזור + + עניים האלקטרונים של S. התוצאה של כל אלה אינטראקציות הן היווצרות של כמה תחומי הפתרונות סביב M.

בנוסף, יש סוג נוסף של אינטראקציה: הקואורדינטיביות. כאן מולקולות ה- S יוצרים קשרים קואורדינציה (או תאריך) עם M ויוצרים גיאומטריות שונות.

כלל יסודי לשינון וחיזוי הזיקה בין המומס לממסים הוא: כמו מתמוסס כמו. לכן, חומרים קוטביים מתמוססים בקלות רבה בממסים קוטביים לא פחות; וחומרים לא קוטביים נמסים בממסים לא קוטביים.

הבדלים עם הידרציה

מקור: גבריאל בוליבר

במה שונה הפיזור מהידרציה? שני התהליכים הזהים, פרט לכך שמולקולות ה- S, בתמונה הראשונה, מוחלפות על ידי אלה של מים, HOH.

בתמונה העליונה ניתן לראות קטיון M ⁺ מוקף בשש מולקולות H ₂ O. שימו לב כי אטומי החמצן (בצבע אדום) מכוונים לכיוון המטען החיובי, מכיוון שהוא האלקטרוניגטיבי ביותר ולכן לשניהם צפיפות השלילית הגבוהה ביותר.

מאחורי תחום ההידרציה הראשון, מולקולות מים אחרות מקובצות על ידי קשרי מימן (OH ₂ -OH ₂ ). אלה אינטראקציות יון-דיפול. עם זאת, מולקולות מים יכולות גם ליצור קשרי קואורדינציה עם המרכז החיובי, במיוחד אם זה מתכתי.

לפיכך, מתחמי המים המפורסמים, M (OH ₂ ) _n , מקורם . מכיוון ש- n = 6 בתמונה, שש המולקולות מכוונות סביב M ב אוקתדרדר קואורדינציה (התחום הפנימי של ההידרציה). תלוי בגודל M ⁺ , גודל הטעינה שלו והזמינות האלקטרונית שלו, תחום זה יכול להיות קטן יותר או גדול יותר.

מים הם אולי הממס המדהים מכולם: הם ממיסים כמות בלתי נתפסת של מומסים, הם ממס קוטבי מדי ויש להם קבוע דיאלקטרי גבוה באופן חריג (78.5 K).

דוגמאות

להלן מופיעות שלוש דוגמאות לפיזור במים.

סידן כלורי

על ידי המסת סידן כלוריד במים, החום משתחרר כקטיונים Ca ²⁺ ו- Cl ^- anions מתמסים . Ca ²⁺ מוקף במספר מולקולות מים השוות לשישה או יותר מהן (Ca ²⁺ -OH ₂ ).

באופן דומה, Cl ^- מוקף באטומי מימן, האזור + + המים (Cl ^- -H ₂ O). ניתן להשתמש בחום שמשתחרר כדי להמיס המוני קרח.

אוריאה

במקרה של אוריאה, מדובר במולקולה אורגנית בעלת המבנה H ₂ N - CO - NH ₂ . כאשר solvated, H ₂ O מולקולות ליצור קשרי מימן עם שני אמינו קבוצות (-NH ₂ -OH ₂ ) ועם קבוצת קרבוניל (C = O-H ₂ O). אינטראקציות אלה אחראיות למסיסותן הרבה במים.

באופן דומה, פירוקו הוא אנדותרמי, כלומר הוא מקרר את מיכל המים אליו הוא מתווסף.

אמוניום חנקתי

אמוניום חנקתי, כמו אוריאה, הוא מומס שמקרר את התמיסה לאחר התמיסה של היונים שלו. NH ₄ ⁺ מומס בצורה דומה ל- Ca ²⁺ , אם כי כנראה בגלל הגיאומטריה הטטרהדרלית שלו יש פחות מולקולות H ₂ O סביבו; ו- NO ₃ ^- מומסים באותו אופן כמו אניונים Cl ^- (OH _2- O ₂ NO- H ₂ O).

הפניות

1. גלסטון ס. (1970). חוזה הכימיה והפיזיקה. אגילאר, ס.א., מדריד, ספרד.
2. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. כִּימִיָה. (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
3. אירה נ. לוין. (2014). עקרונות הפיזיקו-כימיה. המהדורה השישית. מק גריי היל.
4. מילון כימיקול. (2017). הגדרת הפיתרון. התאושש מ: chemicool.com
5. בלפורד ר '(נ'). תהליכי פתרון. כימיה LibreTexts. התאושש מ: chem.libretexts.org
6. ויקיפדיה. (2018). פיתרון. התאושש מ: en.wikipedia.org
7. הרדינגר א. סטיבן. (2017). מילון מונחים מאויר של כימיה אורגנית: פתרון. התאושש מ: chem.ucla.edu
8. לגלוש Guppy. (sf). תהליך הפיתרון. התאושש מ: surfguppy.com