Miért nem oldják fel egymást a poláris és a nem poláris vegyületek?

Nagyon egyszerűen megmagyarázza ennek az oldhatósági szabálynak az okát, figyelembe véve az oldott anyagban lévő molekulák közötti intermolekuláris erők megtörésének energiaigényét és az oldószer.

Megjegyzés: ez csak leegyszerűsített magyarázat, mivel más tényezőktől is függ, például mint az entrópia változása

Íme néhány háttérinformáció az intermolekuláris erőkről. Nem poláros anyagokban az egyes molekulák között diszperziós erők vannak. Ezek a diszperziós erők viszonylag gyengék, ezért csak kis energiára van szükségük a megtörésükhöz. A poláros anyagokban dipól-dipól és hidrogénkötés van (az anyagtól függően) az egyes molekulák között. Ezek az erők sokkal erősebbek, mint a diszperziós erők, és több energiára van szükségük a megtöréshez.

Most vegyük figyelembe a következő eseteket:

Nem poláris oldott és oldószer

Az oldott anyag oldódásához az oldott anyagban lévő molekulák és az oldószer közötti diszperziós erőknek meg kell szakadniuk. Ez csak nagyon kevés energiát igényel. Amikor azonban az oldott anyag feloldódik az oldószerben, diszperziós erőket képesek létrehozni egymással. Ezen erők létrehozása nagyon kevés energiát szabadít fel. Egyszerűen fogalmazva: nagyon kevés energiára van szükség az erők megtöréséhez, és nagyon kevés energiára van szükség az erők létrehozásakor. Ezért összességében minden kiegyensúlyozódik, és a folyamat megtörténik.

Nem poláris oldott és poláros oldószer (és fordítva)

Ahhoz, hogy az oldott anyag oldódjon az oldószerben, mind a diszperziós erők, mind a dipól-dipól erők megszakadnak, amelyek nagy energiát igényelnek. Az oldott anyagban és az oldószerben lévő molekulák azonban csak diszperziós erőket képesek létrehozni egymással (mivel nem mindkettő polárosak). Ez csak nagyon kevés energiát szabadít fel. Ezért összességében több energiára van szükség, mint amennyi felszabadul, és így a folyamat nyert ” megtörténik.

Poláris oldószer és oldószer

Az oldott anyag oldódásához az oldószerbe a dipól-dipól erők megszakadnak, amelyek nagy energiát igényelnek. Amikor azonban feloldódnak, az oldott anyagban és az oldószerben lévő molekulák képesek dipól-dipól erőket kialakítani, amelyek nagy mennyiségű energiát szabadítanak fel. Ezért összességében minden kiegyensúlyozódik, és a folyamat megtörténik.

TL; DR

It ” s azért, mert egy megoldás entalpia-változásai általában nem kedveznek az oldódásnak. Az érthetőség kedvéért nézzük meg, mi történik, ha két vegyület feloldódik. Vegyünk példát a vízben oldódó etanolra. Itt a lényeg a történtekről:

1. Az intermolekuláris erők (azaz hidrogénkötések ebben az esetben) a vízben szétesik. $ \ rm \ color {green} {(endoterm)} $
2. Az etanolban lévő intermolekuláris erők szétesnek. $ \ rm \ color {green} {(endoterm)} $
3. új erő és vonzerő alakul ki az etanol és a víz molekulái között. $ \ rm \ color {red} {(exothermic)} $
   $ \ hspace {12ex} $
   $ \ hspace {22ex} $ _{Etanol és víz hidrogénkötéseket képez; Forrás}

Ez bármely két faj esetében előfordul, amelyek feloldódnak egymásban. Az ionos oldott anyagok esetében a “kötés hasítása” valójában a rács szétesése. Tehát egy endoterm folyamatra számíthat, amelynek energia-nyeresége megegyezik a rács kialakulásának entalpiájával.

Két dologra kell vigyázni:

• Az oldhatóság nem bináris. Általában rövid és érthető (azaz nagy közönség által) szavakkal kell jeleznünk. , és ezért használjuk. A gipsz ugyanolyan oldhatatlan a vízben, mint a kalcium-karbonát , vagy annyira oldható, mint a propánsav ? (A propánsav vízben elegyedik az RTP-ben és az STP-ben)
• Ez a ” nem poláros nem oldódik a poláris ” nem pontos. A nem poláros oldott anyagok általában oldhatatlanok a poláros oldószerekben. Könnyen gondolhatunk kivételekre. A brómvíz példa a kezdetekre, de természetesen nem a legemlékezetesebb példa.

Tehát a az a kérdés merül fel,

Ha az oldódás folyamata a poláros vagy a nem poláros molekulák esetében ugyanaz lesz, és durván ugyanaz a hidrogénnel rendelkező molekulák esetében kötés és ionos vegyületeknél, miért oldhatatlanok egyes oldott anyagok egyes oldószerekben?

Mint láttuk, két endoterm folyamat létezik és egy exoterm folyamat jár. Nagyon egyszerűen fogalmazva, kezdetleges válasz a kérdésére az, hogy ” mert az indukált dipólusok az egyik leggyengébb molekulák közötti interakciónak számítanak, és így az oldószer-oldott oldat kölcsönhatások nem szabadítanának fel elegendő energiát, miközben kialakul, tehát $ \ Delta H > 0 $ . Ez azt jelentené, hogy termodinamikailag kedvezőbb az oldószer számára – az oldószeres interakció nem törhető meg, ezért nincs feloldódás “.

Befejezésül azt mondanám, hogy ” igen, az oldott anyag / oldószer polaritása fontos szabályt játszik az oldhatóság vagy oldhatatlanság meghatározásában. De ez nem a fele. ” Az alábbiakban egy kis áttekintés található a témáról.

$ \ color {gray} {\ textit {Nem is tudom, miért csinálom ezt.} \\\ \ textit {Egy általános, előíró szabály főként az ügy másik leegyszerűsített nézetével magyarázható.} \\ \ \ textit {Ne olvassa tovább, ha nem érdekli.}} $

Azonban csak az entalpia figyelembevétele nem tudományos szempontból pontos. Legalábbis nem ez történik a való életben. Az entalpia jelentése a állandó hőmérséklet és nyomás összefüggésbe hozható. Ez nem a valós életben zajló kémia.

Kezdetnek a legjobb, ha figyelembe vesszük a hidrofób hatást (az entrópiához kapcsolódóan), az oldott anyag méretét, az oldódás sebességét, a közös ionhatás, az ionerősség.

A hidrofób hatás:

Csakúgy, mint egy rendszer a legkevésbé potenciális energiának, a rendellenességnek is kedvez. A hidrofób hatás jobban megmagyarázhatja, hogy egyes nempoláris molekulák miért nem oldódhatnak fel a vízben:

A hidrofób hatás a nem poláros anyagok megfigyelt tendenciája a vizes oldat és zárja ki a vízmolekulákat. Ez azért történik, mert a hidrofób molekulák közötti kölcsönhatások lehetővé teszik a vízmolekulák szabadabb kötődését, növelve ezzel a rendszer entrópiáját. A hidrofób szó szó szerint ” víztől való félelmet jelent, ” és leírja a szétválasztást és a látszólagos taszítást a víz és a nem poláros anyagok között. – A hidrofób hatás, Wikipédia

Egyszerűen fogalmazva, ennek oka nem jól érthető. Egyszerűsített magyarázat az, hogy a víz szerkezete lehetővé teszi, hogy három fokú szabadságot élvezzen, és négy hidrogénkötést alkothat. Ha így tesz, akkor “nem tud olyan könnyen orientálódni, mint lehet, és ezáltal az entrópia csökkenne. Tehát az entrópia előnyben részesítésének ennek minimálisan kell történnie.

Ha tanulni akarsz keverés entrópiája , a linkelt Wikipedia-cikk nagyon szép.

A fajok mérete:

$ \ ce {AgCl} $ kevésbé oldódik vízben, mint a $ \ ce {AgNO3} $ . Ezt úgy lehetne legjobban leírni, hogy az ezüst- és a klór-ionok majdnem azonos méretűek, és ezért szorosabban csomagolhatók össze, azaz “nehezebben tudnak szétszakadni és” feloldódni “.

Ne feledje, hogy a ” hasonló feloldódik, mint a ” vagy hasonló szabályok nem magyarázzák ezt. Valójában a lenyűgöző áthelyezés A nitrátionban lévő elektron mennyisége megmagyarázhatja az oldható nitrátok hatalmas tartományát.

Oldódási sebesség:

Vajon sti Hívjuk oldhatónak egy fajt, ha elég széles idő alatt feloldódik az oldószerben?Nem képzelném, mivel az elég hosszú felezési idővel rendelkező radioaktív fajoknak általában a “stabil” érmet tulajdonítják.

Az oldódás sebessége nem termodinamikai, hanem kinetikai tulajdonság.

Az oldódás nem mindig pillanatnyi folyamat. Gyors, amikor a só és a cukor vízben oldódik, de sokkal lassabban egy aszpirin tabletta vagy egy nagy hidratált rézkristály esetében ( II) szulfát. Ezek a megfigyelések két tényező következményei: az oldhatóság sebessége (kg / s-ban) függ az oldhatósági terméktől (a hőmérséklettől függően) és az anyag felületétől. A szilárd anyag feloldódásának sebessége amorf szilárd anyagok esetén annak kristályosságától vagy hiányától függ, valamint a felület (kristályos méret) és a polimorfizmus jelenléte. – Oldódási sebesség, Wikipédia

Adalékok (diszpergálószerek):

Nincs olyan kötelezettség, hogy csak a oldott anyag és oldószer megléte. Mit tennél, ha fel kellene oldanod egy zsírsavat (amely hidrofób) vízben?

Segítséget kaphat a micelláktól . . Ez durván ugyanúgy történik, ahogy a zsírokat a vérben szállítják, és ugyanaz a mechanizmus a szappanok segítségével tisztítja meg az olajat a bőréből.

A szolubilizáció különbözik a oldódás, mert a keletkező folyadék kolloid diszperzió, amely asszociációs kolloidot foglal magában. Ez a szuszpenzió különbözik a valódi oldattól, és a szolubilizátum mennyisége a micellarendszerben eltérhet (gyakran nagyobb), mint a szolubilizátum rendszeres oldhatósága az oldószerben. – Micellás szolubilizáció, Wikipédia

$ \ hspace {3ex} $
$ \ hspace {7ex} $ _{Zsíros anyagok micellás oldása vízben diszpergálószer alkalmazásával – Andreas Dries; Forrás}

Adalékok (A közös ionhatás):

A közös ionhatás a Le Chatelier elvét használja egy bizonyos csapadék kisebb oldhatóságának magyarázatára a hasonló ion az oldatban.

Például a magnézium-szulfát híg oldata kevésbé oldódik, ha valamilyen réz (II) -szulfát feloldódik.

Ionerősség:

A közös ionhatással kapcsolatos fogalmak bővítéséhez meg kell határozni a ionerősséget :

Az oldat ionerőssége az ionok koncentrációjának mértéke az oldatban. Az ionos vegyületek vízben oldva ionokká disszociálnak. Az oldat teljes elektrolitkoncentrációja fontos tulajdonságokat fog befolyásolni, például a különböző sók disszociációját vagy oldhatóságát . az oldott ionokat tartalmazó oldat fő jellemzői az ionerősség.

Az oldat ionerőssége, $ I $ , függvény az oldatban jelen lévő összes ion koncentrációjának $$ I = \ frac {1} {2} \ sum \ limits ^ n_ {i = 1 } c_iz_i ^ 2 $$

ahol $ c_i $ az ion moláris koncentrációja $ i $ (M, mol / L), $ z_i $ az adott ion töltésszáma, és az összeg átveszi az összes iont a megoldás. – Ionerősség, Wikipédia (Kiemelés az enyémben)

Megjegyzések

• Úgy gondoltam, hogy kibővíteném az aktivitási együtthatókat és azt, hogy ezek hogyan vezetnek az ideális megoldások ideális viselkedésétől való eltérésekhez, pl. Raoult ‘ törvényből, de szerintem egyelőre elegendő ‘. : P Ennek ellenére nem ‘ nem tágítottam a nyomás ‘ hatását, mivel a résznyomásokkal kapcsolatos magyarázatokat igényelne.