Proč se ' t polární a nepolární sloučeniny navzájem nerozpouštějí?

Velmi jednoduše vysvětlíte důvod tohoto pravidla rozpustnosti tím, že vezmete v úvahu energetické požadavky na rozbití mezimolekulárních sil mezi molekulami v solutu a rozpouštědlo.

Poznámka: toto je pouze zjednodušené vysvětlení, protože závisí také na dalších faktorech, jako je jako změna entropie

Zde je několik základních informací o mezimolekulárních silách. V nepolárních látkách existují mezi každou molekulou disperzní síly. Tyto disperzní síly jsou relativně slabé, a proto k jejich rozbití vyžadují jen malou energii. V polárních látkách existují dipólové dipóly a vodíkové vazby (v závislosti na látce) mezi každou molekulou. Tyto síly jsou mnohem silnější než disperzní síly a k rozbití vyžadují více energie.

Nyní pojďme zvážit následující případy:

Nepolární solute a rozpouštědlo

Aby se rozpuštěná látka rozpustila, musí se disperzní síly mezi molekulami rozpuštěné látky a rozpouštědla rozbít. To vyžaduje jen velmi málo energie. Když se však rozpuštěná látka rozpustí v rozpouštědle, jsou schopny navzájem působit disperzní síly. Výroba těchto sil uvolňuje velmi málo energie. Jednoduše řečeno, k rozbití sil je zapotřebí velmi málo energie a velmi malá energie uvolněná při vytváření sil. Celkově tedy vše vyvažuje a proces nastává.

Nepolární solute a polární rozpouštědlo (a naopak)

Aby se rozpuštěná látka rozpustila v rozpouštědle, jsou rozděleny jak disperzní síly, tak dipólové dipólové síly, které vyžadují velké množství energie. Molekuly v solutu a rozpouštědle jsou však schopné vytvářet mezi sebou pouze disperzní síly (protože nejsou „polární). Toto uvolňuje jen velmi málo energie. Proto je celkově zapotřebí více energie, než se uvolní, a proto proces zvítězí“ To se nestane.

Polární solute a rozpouštědlo

Aby se rozpustila do rozpouštědla jsou rozděleny dipólové dipólové síly, které vyžadují velké množství energie. Když se však rozpustí, jsou molekuly v solutu a rozpouštědle schopné vytvářet dipólové dipólové síly, které uvolňují velké množství energie. Celkově se tedy vše vyvažuje a proces nastává.

TL; DR

To “ s, protože změny entalpie v roztoku obecně nepřispívají k rozpuštění.

Delší verze:

K vysvětlení je obvykle uvedeno vysvětlení změny entalpie. Z důvodu srozumitelnosti se podívejme, co se stane, když se dvě sloučeniny rozpustí. Jako příklad si vezměme ethanol, který se rozpouští ve vodě. Zde je podstata toho, co se stane:

1. Mezimolekulární síly (tj. vodíkové vazby v tomto případě) ve vodě se rozpadají. $ \ rm \ color {green} {(endothermic)} $
2. Mezimolekulární síly v ethanolu se rozpadají. $ \ rm \ color {green} {(endothermic)} $
3. Mezi molekulami ethanolu a vody se vytváří nová síla a přitažlivost. $ \ rm \ color {red} {(exotermický)} $
   $ \ hspace {12ex} $
   $ \ hspace {22ex} $ _{Ethanol a voda tvořící vodíkové vazby; Zdroj}

K tomu dochází u všech dvou druhů, které se navzájem rozpustí. U iontových látek je „štěpení vazby“ vlastně rozpadající se mřížkou. Takže byste očekávali endotermický proces se získáním energie rovné entalpii vzniku mřížky.

Musíte si dávat pozor na dvě věci:

• Rozpustnost není binární. Obvykle ji musíme označovat krátkými a srozumitelnými slovy (tj. pro velké publikum) slovy , a proto jej používáme. Je sádra nerozpustný ve vodě jako uhličitan vápenatý nebo rozpustný jako kyselina propanová ? (Kyselina propanová je mísitelná s vodou v RTP a STP)
• Že “ nepolární se nerozpouští v polárních “ není přesný. Nepolární soluty jsou obecně nerozpustné v polárních rozpouštědlech. Snadno nás napadnou výjimky. Bromová voda je příkladem pro začátek, ale rozhodně není tím nejpozoruhodnějším příkladem.

Takže přijde na mysl otázka,

Pokud bude proces rozpouštění stejný pro polární nebo nepolární molekuly a hrubě stejný pro molekuly s vodíkem vazba a pro iontové sloučeniny, proč jsou některé rozpuštěné látky nerozpustné v některých rozpouštědlech?

Jak jsme viděli, existují dva endotermické procesy a jeden exotermický proces. Jednoduše řečeno, základní odpovědí na vaši otázku je, že “ protože indukované dipóly jsou známé jako jedna z nejslabších intermolekulárních interakcí, a proto by interakce rozpouštědla a solutu neuvolňovaly dostatek energie formován, takže $ \ Delta H > 0 $ . To by znamenalo, že termodynamicky je to pro rozpouštědlo příznivější -rozpouštědlová interakce nesmí být narušena, a tedy žádné rozpuštění „.

Na závěr bych řekl “ ano, polarita rozpuštěné látky / rozpouštědla hraje důležité pravidlo při určování rozpustnosti nebo nerozpustnosti. Ale to není jeho polovina. “ Níže uvádíme malou recenzi.

$ \ color {grey} {\ textit {Ani nevím, proč to dělám.} \\\ \ textit {Obecné, normativní pravidlo lze vysvětlit hlavně jiným zjednodušujícím pohledem na věc.} \\ \ \ textit {Pokud nemáte zájem, nečtěte si.}} $

Pouhé zohlednění entalpie však není vědecky přesné. Alespoň to se v reálném životě neděje. Význam entalpie je spojen s konstantní teplotou a tlakem. To není to, co se děje v chemii v reálném životě.

Pro začátek je nejlepší, když vezmeme v úvahu hydrofobní účinek (související s entropií), velikost druhů rozpuštěných látek, rychlost rozpouštění, společný iontový efekt, iontová síla.

Hydrofobní účinek:

Stejně jako systém upřednostňuje nejméně potenciální energii, upřednostňuje poruchu. Hydrofobní účinek může lépe vysvětlit, proč se některé nepolární molekuly nemohou „rozpustit ve vodě:

Hydrofobním účinkem je pozorovaná tendence nepolárních látek hromadit se ve vodném prostředí. řešení a vyloučení molekul vody. Dochází k tomu proto, že interakce mezi hydrofobními molekulami umožňují molekulám vody volnější vazby, což zvyšuje entropii systému. Slovo hydrofobní doslova znamená “ strach z vody, “ a popisuje segregaci a zjevný odpor mezi vodou a nepolárními látkami. – Hydrofobní účinek, Wikipedia

Jednoduše řečeno, důvod není dobře pochopen. Zjednodušené vysvětlení je, že struktura vody jí umožňuje mít tři stupně volnosti a může tvořit čtyři vodíkové vazby. Pokud tak učiní, nemůže se „orientovat tak snadno, jak by to mohlo, a entropie by se tak snížila. Aby se tedy entropie upřednostňovala, musí se to stát minimálně.

Pokud chcete studovat entropie míchání , odkazovaný článek na Wikipedii je velmi pěkný.

Velikost druhů:

$ \ ce {AgCl} $ je méně rozpustný ve vodě než $ \ ce {AgNO3} $ . To by se dalo nejlépe popsat skutečností, že ionty stříbra a chloru mají téměř stejnou velikost, a proto mohou být zabaleny těsněji. tj. „je těžší je rozbít a„ rozpustit “.

Všimněte si, že “ like se rozpouští jako “ nebo jakákoli podobná pravidla to nemohou vysvětlit. Vlastně působivá delokalizace elektronu v dusičnanovém iontu může vysvětlit obrovský rozsah rozpustných dusičnanů .

Rychlost rozpouštění:

Mohl bys Zavoláte druh rozpustný, pokud se rozpustí v rozpouštědle v dostatečně širokém časovém rozpětí?Představoval bych si to, protože radioaktivním druhům s dostatečně dlouhým poločasem rozpadu se obvykle připisuje „stabilní“ medaile.

Rychlost rozpouštění není termodynamická vlastnost, ale kinetická.

Rozpuštění není vždy okamžitý proces. Je rychlé, když se sůl a cukr rozpustí ve vodě, ale mnohem pomaleji pro tabletu aspirinu nebo velké krystaly hydratované mědi ( II) síran. Tato pozorování jsou důsledkem dvou faktorů: rychlost solubilizace (v kg / s) souvisí s produktem rozpustnosti (v závislosti na teplotě) a povrchovou plochou materiálu. Rychlost, kterou se pevná látka rozpouští, může závisí na jeho krystalinitě nebo jejím nedostatku v případě amorfních pevných látek a povrchu (velikost krystalitů) a na přítomnosti polymorfismu. – Rychlost rozpouštění, Wikipedia

Doplňkové látky (dispergační látky):

Neexistuje žádná povinnost, že vezmeme v úvahu pouze existence rozpuštěné látky a rozpouštědla. Co byste dělali, kdybyste potřebovali rozpustit mastnou kyselinu (která je hydrofobní) ve vodě?

Pomoc pomocí micel je způsob . Je to hrubě stejný způsob, jakým jsou tuky transportovány v krvi, a stejný mechanismus používá mýdla k čištění oleje z pokožky.

Solubilizace se liší od rozpouštění, protože výslednou tekutinou je koloidní disperze zahrnující asociační koloid. Tato suspenze se liší od skutečného roztoku a množství solubilizátu v micelárním systému se může lišit (často vyšší) než běžná rozpustnost solubilizátu v rozpouštědle. – Micelární solubilizace, Wikipedia

$ \ hspace {3ex} $
$ \ hspace {7ex} $ _{Micelární solubilizace mastných látek ve vodě pomocí dispergačního činidla – Andreas Dries; Zdroj}

Doplňky (společný iontový efekt):

Společný iontový efekt používá Le Chatelierův princip k vysvětlení menší rozpustnosti určité sraženiny kvůli existenci podobný iont v roztoku.

Například zředěný roztok síranu hořečnatého je méně rozpustný, pokud je rozpuštěn nějaký síran měďnatý.

Iontová síla:

Abychom rozšířili pojmy týkající se společného iontového efektu, je definována iontová síla :

Iontová síla roztoku je měřítkem koncentrace iontů v tomto roztoku. Iontové sloučeniny se po rozpuštění ve vodě disociují na ionty. Celková koncentrace elektrolytu v roztoku ovlivní důležité vlastnosti, jako je disociace nebo rozpustnost různých solí . Jeden z hlavních charakteristik roztoku s rozpuštěnými ionty je iontová síla.

Iontová síla, $ I $ , je funkce koncentrace všech iontů přítomných v tomto řešení. $$ I = \ frac {1} {2} \ sum \ limits ^ n_ {i = 1 } c_iz_i ^ 2 $$

kde $ c_i $ je molární koncentrace iontu $ i $ (M, mol / L), $ z_i $ je číslo náboje tohoto iontu a součet je převzat za všechny ionty v řešení. – Iontová síla, Wikipedia (důl důrazu)

Komentáře

• Myslel jsem, že bych měl rozšířit koeficienty aktivity a to, jak vedou k odchylkám od ideálního chování ideálních řešení, zejména. ze zákona Raoult ‚ s, ale myslím si, že ‚ zatím stačí. : P Přesto jsem ‚ nerozvinul tlak ‚ s účinkem, protože by to vyžadovalo vysvětlení ohledně parciálních tlaků.