Miksi don ' t polaariset ja ei-polaariset yhdisteet liuottavat toisiaan?

Selität hyvin yksinkertaisesti tämän liukoisuussäännön syyn ottamalla huomioon energiavaatimukset molekyylien välisten voimien murtamiseksi liuenneessa molekyylissä ja liuotin.

Huomaa: tämä on vain yksinkertaistettu selitys, koska se riippuu myös muista tekijöistä, kuten muutoksena entropiassa

Tässä on joitain taustatietoja molekyylien välisistä voimista. Ei-polaarisissa aineissa on molekyylien välillä dispersiovoimia. Nämä dispersiovoimat ovat suhteellisen heikkoja ja vaativat siten vain vähän energiaa niiden rikkomiseksi. Polaarisissa aineissa kunkin molekyylin välillä on dipolidipoli ja vetysidos (aineesta riippuen). Nämä voimat ovat paljon vahvempia kuin dispersiovoimat ja vaativat enemmän energiaa murtumiseen.

Tarkastellaan nyt seuraavia tapauksia:

Ei-polaarinen liuotin ja liuotin

Jotta liuenneen aine liukenisi, liuenneessa aineessa olevien molekyylien ja liuottimen välisten dispersiovoimien on katkaistava. Tämä vaatii vain hyvin vähän energiaa. Kuitenkin kun liuenneen aine liukenee liuottimeen, ne pystyvät muodostamaan dispersiovoimia keskenään. Näiden voimien tekeminen vapauttaa hyvin vähän energiaa. Joten yksinkertaisesti sanottuna voimien murtamiseen tarvitaan hyvin vähän energiaa ja voimien aikaansaamiseksi vapautuu hyvin vähän energiaa. Siksi kaikki tasapainottuu ja prosessi tapahtuu.

Ei-polaarinen liuotin ja polaarinen liuotin (ja päinvastoin)

Liuotetun aineen liukenemiseksi liuottimeen rikkoutuvat sekä dispersiovoimat että dipolidipolivoimat, jotka vaativat paljon energiaa. Kuitenkin molekyylit liuenneessa aineessa ja liuottimessa kykenevät vain tuottamaan dispersiovoimia keskenään (koska ne eivät ole molempia polaarisia). Tämä vapauttaa vain hyvin vähän energiaa. Siksi kokonaisuutena tarvitaan enemmän energiaa kuin vapautuu ja siten prosessi voitti tapahtuu.

Polaariliuos ja liuotin

Liuotetun aineen liukeneminen liuottimeen rikkoutuvat dipolidipolivoimat, jotka vaativat paljon energiaa. Kuitenkin, kun ne liukenevat, liuenneessa aineessa ja liuottimessa olevat molekyylit kykenevät muodostamaan dipolidipolivoimia, jotka vapauttavat suuren määrän energiaa. Siksi kaikki tasapainottuu ja prosessi tapahtuu.

TL; DR

Se ” koska ratkaisun entalpian muutokset eivät yleensä suosi liukenemista.

Pidempi versio:

Tämän selittämiseksi annetaan yleensä entalpian muutoksen selitys. Katsotaan ymmärrettävyyden vuoksi, mitä tapahtuu, kun kaksi yhdistettä liukenee. Otetaan esimerkkinä veteen liukeneva etanoli. Tässä on tapahtumien ydin:

1. Molekyylien väliset voimat (ts. vetysidokset tässä tapauksessa) vedessä hajoavat. $ \ rm \ color {green} {(endoterminen)} $
2. Etanolin molekyylien väliset voimat hajoavat. $ \ rm \ color {green} {(endoterminen)} $
3. Etanoli- ja vesimolekyylien välille muodostuu uusi voima ja vetovoima. $ \ rm \ color {red} {(eksoterminen)} $
   $ \ hspace {12ex} $
   $ \ hspace {22ex} $ _{etanoli ja vesi muodostavat vetysidoksia; Lähde}

Näin tapahtuu kahdella toisella lajilla, jotka liukenevat toisiinsa. Ionisille liuenneille aineille ”sidoksen pilkkominen” on itse asiassa ristikko, joka hajoaa. Joten voit odottaa endotermistä prosessia, jossa energian saaminen on yhtä suuri kuin hilan muodostumisen entalpia.

Sinun on oltava varovainen kahdesta asiasta:

• Liukoisuus ei ole binäärinen. Meidän on yleensä ilmoitettava se lyhyillä ja ymmärrettävillä (ts. suuren yleisön) sanoilla , ja siksi käytämme sitä. Onko kipsi yhtä liukenematon veteen kuin kalsiumkarbonaatti tai liukoinen kuin propaanihappo ? (Propaanihappo sekoittuu veteen RTP: ssä ja STP: ssä)
• Että ” ei-polaarinen ei liukene polaariseen ” ei ole tarkka. Ei-polaariset liuenneet aineet ovat yleensä liukenemattomia polaarisiin liuottimiin. Voimme helposti ajatella poikkeuksia. Bromivesi on esimerkki alusta, mutta ei todellakaan merkittävin esimerkki.

Joten mieleen tulee kysymys,

Jos liukenemisprosessi tulee olemaan sama polaarisille tai ei-polaarisille molekyyleille ja karkeasti samanlainen vetyä sisältäville molekyyleille sidos ja ioniyhdisteille, miksi jotkut liuenneet aineet eivät liukene joihinkin liuottimiin?

Kuten näimme, on kaksi endotermistä prosessia ja yksi mukana oleva eksoterminen prosessi. Yksinkertaisesti sanottuna alkeellinen vastaus kysymykseesi on, että ” koska indusoidut dipolit tunnetaan yhtenä heikoimmista molekyylien välisistä vuorovaikutuksista ja siten liuotin-liuotettu-vuorovaikutus ei vapauta tarpeeksi energiaa, kun taas muodostuu, joten $ \ Delta H > 0 $ . Tämä tarkoittaisi, että termodynaamisesti se olisi suotuisampi liuottimelle -liuotinvaikutusta ei saa rikkoa eikä siten liukenemista ”.

Lopuksi sanoisin, että ” kyllä, liuenneen aineen / liuottimen polaarisuudella on tärkeä sääntö liukoisuuden tai liukenemattomuuden määrittämisessä. Mutta se ei ole puolet siitä. ” Pieni katsaus asiaan löytyy alla.

$ \ color {harmaa} {\ textit {En edes tiedä miksi teen tämän.} \\\ \ textit {Yleinen, ohjeellinen sääntö voidaan selittää lähinnä toisella yksinkertaistetulla näkemyksellä asiasta.} \\ \ \ textit {Älä lue eteenpäin, jos et ole kiinnostunut.}} $

Pelkkä entalpian huomioon ottaminen ei kuitenkaan ole tieteellisesti tarkkaa. Ainakin se ei tapahdu tosielämässä. Entalpian merkitys liittyy -vakioon lämpötilaan ja paineeseen. Se ei ole tosielämän kemian tapahtumia.

Aluksi on parasta, jos otamme huomioon hydrofobisen vaikutuksen (liittyy entropiaan), liuenneen aineen koon, liukenemisnopeuden, yleinen ionivaikutus, ionivahvuus.

Hydrofobinen vaikutus:

Aivan kuten järjestelmä suosii vähiten potentiaalista energiaa, se suosii häiriötä. Hydrofobinen vaikutus voi paremmin selittää, miksi jotkut ei-polaariset molekyylit eivät ”liukene veteen:

Hydrofobinen vaikutus on havaittu ei-polaaristen aineiden taipumus aggregoitua vesipitoisuuteen liuosta ja sulkea pois vesimolekyylit. Tämä tapahtuu, koska hydrofobisten molekyylien välinen vuorovaikutus antaa vesimolekyylien sitoutua vapaammin, mikä lisää järjestelmän entropiaa. Sana hydrofobinen tarkoittaa kirjaimellisesti ” vettä pelkäävää, ” ja se kuvaa veden ja ei-polaaristen aineiden erottelua ja näennäistä karkottamista. – Hydrofobinen vaikutus, Wikipedia

Yksinkertaisesti sanottuna syy tähän ei ole hyvin ymmärrettävä. Yksinkertaistettu selitys on, että veden rakenteen ansiosta sillä on kolme vapausastetta ja se voi muodostaa neljä vetysidosta. Jos se tekee niin, se ei voi ”orientoitua niin helposti kuin voisi ja siten entropia vähenisi. Joten entropian suosimiseksi tämän täytyy tapahtua minimaalisesti.

Jos haluat opiskella sekoituksen entropia , linkitetty Wikipedia-artikkeli on erittäin mukava.

Lajien koko:

$ \ ce {AgCl} $ on vähemmän vesiliukoinen kuin $ \ ce {AgNO3} $ . Tätä voitaisiin parhaiten kuvata sillä, että hopea- ja kloori-ionit ovat melkein saman kokoisia, ja siksi ne voivat olla pakattuina tiukemmin yhteen. Toisin sanoen niitä ”on vaikeampaa hajottaa ja” liueta ”.

Huomaa, että ”, kuten liukenee, kuten ” tai vastaava sääntö, ei voi selittää tätä. Itse asiassa vaikuttava sijoittelu elektroni nitraatti-ionissa voi selittää massiivisen alueen liukoisia nitraatteja .

Liukenemisnopeus:

Voisitko sti Kutsutaanko laji liukoiseksi, jos se liukenee liuottimeen riittävän pitkällä aikavälillä?Luulisin, ettei, koska radioaktiivisille lajeille, joilla on riittävän pitkä puoliintumisaika, annetaan yleisesti ”vakaa” mitali.

Liukenemisnopeus ei ole termodynaaminen ominaisuus, vaan kineettinen.

Liukeneminen ei ole aina välitöntä prosessia. Se on nopeaa, kun suola ja sokeri liukenevat veteen, mutta paljon hitaammin aspiriinitablettille tai suurelle hydratoidun kuparikiteen ( II) sulfaatti. Nämä havainnot ovat seurausta kahdesta tekijästä: liukenemisnopeus (kg / s) liittyy liukoisuustuotteeseen (lämpötilasta riippuen) ja materiaalin pinta-alaan. Kiinteän aineen liukenemisnopeus voi riippuvat sen kiteisyydestä tai sen puuttumisesta amorfisten kiintoaineiden ja pinta-alan (kristalliittikoko) ja polymorfismin läsnäolon vuoksi. / p>

Lisäaineet (dispergointiaineet):

Ei ole velvollisuutta, että otamme huomioon vain liuenneen aineen ja liuottimen olemassaolo. Mitä tekisit, jos sinun tarvitsee liuottaa rasvahappo (joka on hydrofobinen) veteen?

Apua miselleistä on tapa . Tämä on karkeasti samalla tavalla kuin rasvat kulkeutuvat veressä, ja samalla mekanismilla saippuat puhdistavat öljyn ihostasi.

Liukoisuus on erillinen liukeneminen, koska tuloksena oleva neste on kolloidinen dispersio, johon liittyy assosiaatiokolloidi. Tämä suspensio eroaa todellisesta liuoksesta, ja solubilisaatin määrä misellijärjestelmässä voi olla erilainen (usein suurempi) kuin solubilisaatin säännöllinen liukoisuus liuottimeen. – Micellar solubilization, Wikipedia

$ \ hspace {3ex} $
$ \ hspace {7ex} $ _{Rasva-aineen miselliliuottaminen veteen dispergointiaineella – Andreas Dries; Lähde}

Lisäaineet (yleinen ionivaikutus):

Yhteinen ionivaikutus käyttää Le Chatelier -periaatetta selittäen tietyn sakan vähäisemmän liukoisuuden samanlainen ioni liuoksessa.

Esimerkiksi laimennettu magnesiumsulfaattiliuos on vähemmän liukoinen, jos liuotetaan jonkin verran kupari (II) sulfaattia.

Ionivahvuus:

Laajentaaksesi yleiseen ionivaikutukseen liittyviä käsitteitä, määritetään ionivahvuus :

Liuoksen ionivahvuus mittaa ionien pitoisuutta kyseisessä liuoksessa. Ioniyhdisteet liukenevat veteen hajoavat ioneiksi. Elektrolyytin kokonaispitoisuus liuoksessa vaikuttaa tärkeisiin ominaisuuksiin, kuten erilaisten suolojen dissosiaatioon tai liukoisuuteen . liuenneiden ionien liuoksen pääominaisuuksista on ionivahvuus.

Liuoksen ionivahvuus, $ I $ , on funktio ratkaisussa olevien kaikkien ionien pitoisuudesta. $$ I = \ frac {1} {2} \ sum \ limits ^ n_ {i = 1 } c_iz_i ^ 2 $$

missä $ c_i $ on ionin moolipitoisuus $ i $ (M, mol / L), $ z_i $ on kyseisen ionin latausnumero, ja summa otetaan kaikkien ionien ratkaisu. – Ioninen vahvuus, Wikipedia (Korostus minun)

Kommentit

• Ajattelin, että minun pitäisi laajentaa aktiivisuuskertoimia ja miten ne johtavat poikkeamiin ihanteellisten ratkaisujen ihanteellisesta käyttäytymisestä, etenkin. Raoult ’ -laista, mutta mielestäni ’ riittää nyt. : P Silti en ’ laajentunut paineen ’ vaikutukseen, koska se vaatii selityksiä osapaineista.