Perché ' i composti polari e non polari si dissolvono a vicenda?

Molto semplicemente, spieghi il motivo di questa regola di solubilità prendendo in considerazione i requisiti energetici per la rottura delle forze intermolecolari tra le molecole nel soluto e il solvente.

Nota: questa è solo una spiegazione semplificata poiché dipende anche da altri fattori come come cambiamento di entropia

Ecco alcune informazioni di base sulle forze intermolecolari. Nelle sostanze non polari, ci sono forze di dispersione tra ciascuna molecola. Queste forze di dispersione sono relativamente deboli e quindi richiedono solo poca energia per romperle. Nelle sostanze polari, ci sono dipolo dipolo e legami idrogeno (a seconda della sostanza) tra ciascuna molecola. Queste forze sono molto più forti delle forze di dispersione e richiedono più energia per rompersi.

Consideriamo ora i seguenti casi:

Soluto e solvente non polari

Affinché il soluto si dissolva, le forze di dispersione tra le molecole nel soluto e nel solvente devono rompersi. Ciò richiede solo pochissima energia. Tuttavia, quando il soluto si dissolve nel solvente, sono in grado di creare forze di dispersione tra loro. La creazione di queste forze rilascia pochissima energia. Quindi, in poche parole, è necessaria pochissima energia per rompere le forze e pochissima energia rilasciata quando si creano le forze. Quindi nel complesso tutto si bilancia e il processo si verifica.

Soluto non polare e solvente polare (e viceversa)

Affinché il soluto si dissolva nel solvente, vengono interrotte sia le forze di dispersione che le forze di dipolo dipolo che richiedono una grande quantità di energia. Tuttavia, le molecole nel soluto e nel solvente sono solo in grado di creare forze di dispersione tra loro (poiché non sono entrambe polari). Questo rilascia solo pochissima energia. Pertanto, nel complesso, è necessaria più energia di quella rilasciata e quindi il processo ha vinto ” non succederà.

Polar Solute and Solvent

Per il soluto da dissolvere nel solvente, le forze dipolo dipolo vengono interrotte che richiedono una grande quantità di energia. Tuttavia, quando si dissolvono, le molecole nel soluto e nel solvente sono in grado di formare forze dipolari che rilasciano una grande quantità di energia. Pertanto, nel complesso, tutto si bilancia e il processo si verifica.

TL; DR

It ” s perché i cambiamenti di entalpia di una soluzione generalmente non favoriscono la dissoluzione.

Una versione più lunga:

Per spiegare questo, di solito viene fornita la spiegazione del cambiamento di entalpia. Per ragioni di comprensibilità, vediamo cosa succede quando due composti si dissolvono. Prendiamo ad esempio letanolo che si dissolve in acqua. Ecco il succo di ciò che accade:

1. Le forze intermolecolari (es. i legami idrogeno in questo caso) nellacqua si rompono. $ \ rm \ color {green} {(endothermic)} $
2. Le forze intermolecolari nelletanolo si disgregano. $ \ rm \ color {green} {(endothermic)} $
3. Tra letanolo e le molecole dacqua si forma una nuova forza e attrazione. $ \ rm \ color {red} {(exothermic)} $
   $ \ hspace {12ex} $
   $ \ hspace {22ex} $ _{Etanolo e acqua che formano legami a idrogeno; Sorgente}

Questo accade per due specie che si dissolveranno luna nellaltra. Per i soluti ionici, la “scissione del legame” è in realtà il reticolo che si rompe. Quindi ti aspetteresti un processo endotermico con un guadagno di energia pari allentalpia di formazione del reticolo.

Devi stare attento a due cose:

• La solubilità non è binaria. Di solito dobbiamo indicarla con parole brevi e comprensibili (cioè da un vasto pubblico) , ed è per questo che lo usiamo. Il gesso è insolubile in acqua quanto il carbonato di calcio o solubile come acido propanoico ? (Lacido propanoico è miscibile in acqua in RTP e STP)
• Questo ” non polare “t si dissolve in ” non è accurato. I soluti non polari sono generalmente insolubili nei solventi polari. Possiamo facilmente pensare alle eccezioni. Bromo acqua è un esempio per iniziare, ma certamente non lesempio più notevole.

Quindi il la domanda che mi viene in mente è:

Se il processo di dissoluzione sarà lo stesso per le molecole polari o non polari e grossolanamente lo stesso per le molecole con idrogeno legame e per i composti ionici, perché alcuni soluti sono insolubili in alcuni solventi?

Come abbiamo visto, ci sono due processi endotermici e un processo esotermico coinvolto. In parole molto semplici, una risposta rudimentale alla tua domanda è che ” perché i dipoli indotti sono noti come una delle interazioni intermolecolari più deboli e quindi le interazioni solvente-soluto non rilasciano abbastanza energia mentre in fase di formazione, quindi $ \ Delta H > 0 $ . Ciò significherebbe che termodinamicamente è più favorevole per il solvente -interazione solvibile da non interrompere e quindi nessuna dissoluzione “.

In conclusione, direi ” sì, la polarità del soluto / solvente gioca una regola importante nel determinare la solubilità o linsolubilità. Ma questa non è la metà. ” Di seguito è possibile trovare una piccola rassegna della questione.

$ \ color {grigio} {\ textit {Non so nemmeno perché lo sto facendo.} \\\ \ textit {Una regola generale e prescrittiva può essere spiegata principalmente da unaltra visione semplicistica della questione.} \\ \ \ textit {Non continuare a leggere se non sei interessato.}} $

Tuttavia, prendere in considerazione solo lentalpia non è scientificamente accurato. Almeno, non è quello che sta accadendo nella vita reale. Il significato di entalpia è associato alla costante temperatura e pressione. Questo non è ciò che sta accadendo nella chimica della vita reale.

Per cominciare, è meglio se consideriamo leffetto idrofobo (correlato allentropia), le dimensioni della specie di soluto, la velocità di dissoluzione, leffetto ione comune, la forza ionica.

Leffetto idrofobo:

Proprio come un sistema favorisce la minima energia potenziale, favorisce il disordine. Leffetto idrofobo può spiegare meglio perché alcune molecole non polari non possono “dissolversi in acqua:

Leffetto idrofobo è la tendenza osservata delle sostanze non polari ad aggregarsi in acqua soluzione ed escludere le molecole dacqua. Ciò si verifica perché le interazioni tra le molecole idrofobiche consentono alle molecole dacqua di legarsi più liberamente, aumentando lentropia del sistema. La parola idrofobo significa letteralmente ” timoroso dellacqua, ” e descrive la segregazione e lapparente repulsione tra acqua e sostanze non polari. – Leffetto idrofobo, Wikipedia

In poche parole, la ragione di ciò non è ben compresa. Una spiegazione semplificata è che la struttura dellacqua le consente di avere tre gradi di libertà e può formare quattro legami idrogeno. Se lo fa, non può orientarsi facilmente come potrebbe e quindi lentropia diminuirebbe. Quindi, per favorire lentropia, questo deve avvenire in modo minimo.

Se vuoi studiare entropia della miscelazione , larticolo di Wikipedia collegato è molto carino.

La dimensione della specie:

$ \ ce {AgCl} $ è meno solubile in acqua di $ \ ce {AgNO3} $ . Questo potrebbe essere meglio descritto con il fatto che gli ioni argento e cloro hanno quasi le stesse dimensioni, e quindi possono essere imballati più strettamente insieme. cioè “sono più difficili da rompere e” dissolversi “.

Tieni presente che ” simili si dissolvono come ” o regole simili non possono “spiegarlo. In realtà, limpressionante delocalizzazione dellelettrone nello ione nitrato può spiegare lenorme gamma di nitrati solubili .

Velocità di dissoluzione:

Ti sti Chiamerò una specie solubile se si dissolve nel solvente in un arco di tempo sufficientemente ampio?Immagino di no, dal momento che alle specie radioattive con periodi di emivita abbastanza lunghi viene comunemente attribuita la medaglia “stabile”.

Il tasso di dissoluzione non è una proprietà termodinamica, ma cinetica.

La dissoluzione non è sempre un processo istantaneo. È veloce quando sale e zucchero si dissolvono in acqua, ma molto più lenta per una compressa di aspirina o un grande cristallo di rame idrato ( II) solfato. Queste osservazioni sono la conseguenza di due fattori: la velocità di solubilizzazione (in kg / s) è correlata al prodotto di solubilità (dipendente dalla temperatura) e larea superficiale del materiale. La velocità alla quale un solido si dissolve può dipendono dalla sua cristallinità o dalla sua mancanza nel caso di solidi amorfi e dallarea superficiale (dimensione dei cristalliti) e dalla presenza di polimorfismo. – Tasso di dissoluzione, Wikipedia

Additivi (disperdenti):

Non vi è alcun obbligo di considerare solo esistenza del soluto e del solvente. Cosa faresti se avessi bisogno di sciogliere un acido grasso (che è idrofobo) in acqua?

Ottenere aiuto dalle micelle è un modo . Questo è grossolanamente lo stesso modo in cui i grassi vengono trasportati nel sangue e lo stesso meccanismo utilizzato dai saponi per pulire lolio dalla pelle.

La solubilizzazione è diversa da dissoluzione perché il fluido risultante è una dispersione colloidale che coinvolge un colloide di associazione. Questa sospensione è distinta da una vera soluzione e la quantità di solubilizzato nel sistema micellare può essere diversa (spesso superiore) rispetto alla solubilità regolare del solubilizzato nel solvente. – Solubilizzazione micellare, Wikipedia

$ \ hspace {3ex} $
$ \ hspace {7ex} $ _{Solubilizzazione micellare della sostanza grassa in acqua con lutilizzo di un disperdente – Andreas Dries; Fonte}

Additivi (effetto ione comune):

Leffetto ione comune utilizza il principio di Le Chatelier per spiegare la minore solubilità di un certo precipitato a causa dellesistenza di uno ione simile nella soluzione.

Ad esempio, una soluzione diluita di solfato di magnesio è meno solubile se un po di solfato di rame (II) è dissolto.

Forza ionica:

Per espandere i concetti relativi alleffetto ionico comune, viene definita la forza ionica :

La forza ionica di una soluzione è una misura della concentrazione di ioni in quella soluzione. I composti ionici, quando disciolti in acqua, si dissociano in ioni. La concentrazione totale di elettroliti in soluzione influirà su proprietà importanti come la dissociazione o la solubilità di diversi sali . Uno delle principali caratteristiche di una soluzione con ioni disciolti è la forza ionica.

La forza ionica, $ I $ , di una soluzione è una funzione della concentrazione di tutti ioni presenti in quella soluzione. $$ I = \ frac {1} {2} \ sum \ limits ^ n_ {i = 1 } c_iz_i ^ 2 $$

dove $ c_i $ è la concentrazione molare dello ione $ i $ (M, mol / L), $ z_i $ è il numero di carica di quello ione e la somma è presa su tutti gli ioni in la soluzione. – Forza ionica, Wikipedia (enfasi mia)

Commenti

• Ho pensato di dover espandere i coefficienti di attività e come portano a deviazioni dai comportamenti ideali delle soluzioni ideali, esp. dalla legge di Raoult ‘, ma penso che ‘ sia abbastanza per ora. : P Tuttavia non ho ‘ espandere leffetto della pressione ‘, poiché richiederebbe spiegazioni sulle pressioni parziali.