Dlaczego ' nie rozpuszczają się wzajemnie polarne i niepolarne związki?

Po prostu wyjaśnisz przyczynę tej reguły rozpuszczalności, biorąc pod uwagę wymagania energetyczne do zerwania sił międzycząsteczkowych między cząsteczkami substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnik.

Uwaga: to tylko uproszczone wyjaśnienie, ponieważ zależy również od innych czynników, takich jak jako zmiana entropii

Oto kilka podstawowych informacji na temat sił międzycząsteczkowych. W substancjach niepolarnych istnieją siły dyspersji pomiędzy każdą cząsteczką. Te siły rozpraszania są stosunkowo słabe i dlatego wymagają tylko niewielkiej energii, aby je złamać. W substancjach polarnych między każdą cząsteczką występują wiązania dipolowe dipolowe i wodorowe (w zależności od substancji). Siły te są znacznie silniejsze niż siły rozpraszania i wymagają więcej energii do rozbicia.

Rozważmy teraz następujące przypadki:

Niepolarne substancje rozpuszczone i rozpuszczalnik

Aby substancja rozpuszczona mogła się rozpuścić, siły dyspersyjne między cząsteczkami substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika muszą ulec rozbiciu. Wymaga to jedynie bardzo mało energii. Jednak gdy substancja rozpuszczona rozpuszcza się w rozpuszczalniku, mogą one tworzyć ze sobą siły dyspersyjne. Wytworzenie tych sił uwalnia bardzo mało energii. Mówiąc najprościej, do rozbicia sił potrzeba bardzo mało energii i bardzo mało energii uwolnionej podczas tworzenia sił. Dlatego ogólnie wszystko się równoważy i zachodzi proces.

Niepolarne substancje rozpuszczone i polarne rozpuszczalniki (i odwrotnie)

Aby substancja rozpuszczona rozpuściła się w rozpuszczalniku, zarówno siły dyspersji, jak i dipolowe siły dipolowe zostają zerwane, co wymaga dużej ilości energii. Jednak cząsteczki substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika są w stanie tworzyć tylko siły dyspersji ze sobą (ponieważ nie są one jednocześnie polarne). To uwalnia bardzo mało energii. Dlatego ogólnie więcej energii jest wymagane niż uwolnione, a zatem proces wygrał. nie zdarzy się.

Polar Solute and Solvent

Aby substancja rozpuszczona do rozpuszczalnika zostają rozbite dipolowe siły dipolowe, które wymagają dużej ilości energii. Jednak gdy się rozpuszczą, cząsteczki substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika są w stanie tworzyć siły dipolowe, które uwalniają dużą ilość energii. Dlatego ogólnie wszystko się równoważy i następuje proces.

TL; DR

It ” s ponieważ zmiany entalpii rozwiązania generalnie nie sprzyjają rozpuszczaniu.

Dłuższa wersja:

Aby to wyjaśnić, zwykle podaje się wyjaśnienie zmiany entalpii. Ze względu na zrozumiałość zobaczmy, co się dzieje, gdy rozpuszczają się dwa związki. Weźmy jako przykład rozpuszczanie etanolu w wodzie. Oto sedno tego, co się dzieje:

1. Siły międzycząsteczkowe (tj. wiązania wodorowe w tym przypadku) w wodzie rozpadają się. $ \ rm \ color {green} {(endotermiczny)} $
2. Siły międzycząsteczkowe w etanolu rozpadają się. $ \ rm \ color {green} {(endotermiczny)} $
3. Nowa siła i przyciąganie powstaje między cząsteczkami etanolu i wody. $ \ rm \ color {red} {(egzotermiczny)} $
   $ \ hspace {12ex} $
   $ \ hspace {22ex} $ _{Etanol i woda tworzące wiązania wodorowe; Źródło}

Dzieje się tak w przypadku dowolnych dwóch gatunków, które rozpuszczą się w sobie. W przypadku jonowych substancji rozpuszczonych „rozerwanie wiązania” jest w rzeczywistości rozpadem sieci. Spodziewałbyś się więc procesu endotermicznego z zyskiem energii równym entalpii tworzenia sieci.

Musisz uważać na dwie rzeczy:

• Rozpuszczalność nie jest binarna. Zwykle musimy to opisać krótkimi i zrozumiałymi (np. przez dużą grupę odbiorców) słowami i dlatego go używamy. Czy gips jest tak nierozpuszczalny w wodzie jak węglan wapnia lub tak rozpuszczalny jak kwas propanowy ? (Kwas propanowy jest mieszalny z wodą w RTP i STP)
• To ” niepolarny nie rozpuszcza się w polarnym ” nie jest dokładne. Niepolarne substancje rozpuszczone są generalnie nierozpuszczalne w polarnych rozpuszczalnikach. Z łatwością możemy wymyślić wyjątki. Woda bromowa to przykład na początek, ale z pewnością nie jest to przykład najbardziej niezwykły.

Zatem przychodzi mi na myśl pytanie,

Jeśli proces rozpuszczania będzie taki sam dla cząsteczek polarnych czy niepolarnych, a z grubsza taki sam dla cząsteczek z wodorem wiązanie i w przypadku związków jonowych, dlaczego niektóre substancje rozpuszczone są nierozpuszczalne w niektórych rozpuszczalnikach?

Jak widzieliśmy, istnieją dwa procesy endotermiczne i jeden proces egzotermiczny. Mówiąc prościej, podstawową odpowiedzią na twoje pytanie jest to, że ” ponieważ indukowane dipole są znane jako jedne z najsłabszych interakcji międzycząsteczkowych, a zatem interakcje rozpuszczalnik-substancja rozpuszczona nie uwolnią wystarczającej ilości energii, więc $ \ Delta H > 0 $ . Oznaczałoby to, że termodynamicznie jest bardziej korzystny dla rozpuszczalnika -oddziaływanie rozpuszczalnika nie może zostać przerwane, a co za tym idzie, brak rozpuszczania „.

Podsumowując, powiedziałbym, że ” tak, polarność substancji rozpuszczonej / rozpuszczalnika odgrywa ważną rolę w określaniu rozpuszczalności lub nierozpuszczalności. Ale to nie wszystko. ” Poniżej można znaleźć krótką recenzję tej sprawy.

$ \ color {gray} {\ textit {Nawet nie wiem, dlaczego to robię.} \\\ \ textit {Ogólną, nakazową regułę można wyjaśnić głównie innym uproszczonym spojrzeniem na sprawę.} \\ \ \ textit {Nie czytaj dalej, jeśli nie jesteś zainteresowany.}} $

Jednak samo wzięcie pod uwagę entalpii nie jest naukowo dokładne. Przynajmniej tak się nie dzieje w prawdziwym życiu. Znaczenie entalpii jest związane z stałą temperaturą i ciśnieniem. To nie dzieje się w prawdziwej chemii.

Na początek najlepiej rozważyć efekt hydrofobowy (związany z entropią), rozmiar substancji rozpuszczonych, szybkość rozpuszczania, efekt wspólnego jonu, siła jonowa.

Efekt hydrofobowy:

Podobnie jak system faworyzuje najmniej energii potencjalnej, sprzyja nieładowi. Efekt hydrofobowy może lepiej wyjaśnić, dlaczego niektóre cząsteczki niepolarne nie mogą „nie rozpuszczać się w wodzie”:

Efekt hydrofobowy to obserwowana tendencja substancji niepolarnych do agregowania w wodzie rozwiązanie i wykluczyć cząsteczki wody. Dzieje się tak, ponieważ interakcje między cząsteczkami hydrofobowymi pozwalają cząsteczkom wody na swobodniejsze wiązanie, zwiększając entropię układu. Słowo hydrofobowy dosłownie oznacza ” obawiający się wody, ” i opisuje segregację i pozorną odpychanie między wodą a substancjami niepolarnymi. – Efekt hydrofobowy, Wikipedia

Krótko mówiąc, przyczyna tego nie jest dobrze zrozumiana. Uproszczonym wyjaśnieniem jest to, że struktura wody pozwala jej mieć trzy stopnie swobody i może tworzyć cztery wiązania wodorowe. Jeśli to zrobi, nie może się zorientować tak łatwo, jak mogłoby, a zatem entropia zmniejszyłaby się. Zatem, aby faworyzować entropię, musi to nastąpić w minimalnym stopniu.

Jeśli chcesz się uczyć entropia mieszania , powiązany artykuł z Wikipedii jest bardzo ładny.

Wielkość gatunków:

$ \ ce {AgCl} $ jest słabiej rozpuszczalny w wodzie niż $ \ ce {AgNO3} $ . Można to najlepiej opisać faktem, że jony srebra i chloru są prawie tej samej wielkości i dlatego mogą być ściślej upakowane razem, tj. „trudniej je rozdzielić i„ rozpuścić ”.

Zauważ, że ” jak rozpuszcza się, jak ” lub inne podobne reguły, nie mogą tego wyjaśnić. Właściwie imponująca delokalizacja elektronu w jonie azotanowym może wyjaśnić ogromny zakres rozpuszczalnych azotanów .

Szybkość rozpuszczania:

Czy mógłbyś sti Czy nazwałbym gatunek rozpuszczalnym, jeśli rozpuszcza się w rozpuszczalniku w wystarczająco szerokim przedziale czasowym?Nie wyobrażałbym sobie tego, ponieważ gatunkom radioaktywnym o dostatecznie długim okresie półtrwania często przypisuje się medal „stabilny”.

Szybkość rozpuszczania nie jest właściwością termodynamiczną, ale kinetyczną.

Rozpuszczanie nie zawsze jest procesem natychmiastowym. Jest szybkie, gdy sól i cukier rozpuszczają się w wodzie, ale znacznie wolniej w przypadku tabletki aspiryny lub dużego kryształu uwodnionej miedzi ( II) siarczan. Obserwacje te są konsekwencją dwóch czynników: szybkość rozpuszczania (w kg / s) jest związana z iloczynem rozpuszczalności (w zależności od temperatury) oraz z powierzchnią materiału. Szybkość rozpuszczania ciała stałego może zależy od jego krystaliczności lub jej braku w przypadku amorficznych ciał stałych i pola powierzchni (wielkości krystalitów) oraz obecności polimorfizmu. – Szybkość rozpuszczania, Wikipedia

Dodatki (dyspergatory):

Nie ma obowiązku uwzględniania wyłącznie istnienie substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika. Co byś zrobił, gdybyś musiał rozpuścić kwas tłuszczowy (który jest hydrofobowy) w wodzie?

Uzyskanie pomocy od miceli to sposób . Jest to z grubsza ten sam sposób, w jaki tłuszcze są transportowane we krwi i ten sam mechanizm, którego mydła używają do oczyszczania skóry z tłuszczu.

Solubilizacja różni się od rozpuszczanie, ponieważ powstały płyn jest dyspersją koloidalną zawierającą koloid asocjacyjny. Ta zawiesina różni się od prawdziwego roztworu, a ilość solubilizatu w układzie micelarnym może być inna (często wyższa) niż zwykła rozpuszczalność solubilizatu w rozpuszczalniku. – Solubilizacja micelarna, Wikipedia

$ \ hspace {3ex} $
$ \ hspace {7ex} $ _{Micelarna solubilizacja substancji tłuszczowych w wodzie przy użyciu dyspergatora – Andreas Dries; Źródło}

Dodatki (efekt jonów wspólnych):

Efekt wspólnego jonu wykorzystuje zasadę Le Chateliera , aby wyjaśnić mniejszą rozpuszczalność określonego osadu z powodu istnienia podobny jon w roztworze.

Na przykład rozcieńczony roztwór siarczanu magnezu jest mniej rozpuszczalny, jeśli rozpuszcza się trochę siarczanu miedzi (II).

Siła jonowa:

Aby rozwinąć pojęcia związane z efektem wspólnego jonu, zdefiniowano siłę jonową :

Siła jonowa roztworu jest miarą stężenia jonów w tym roztworze. Związki jonowe rozpuszczone w wodzie dysocjują na jony. Całkowite stężenie elektrolitu w roztworze wpłynie na ważne właściwości, takie jak dysocjacja lub rozpuszczalność różnych soli . Jedna z głównych cech roztworu z rozpuszczonymi jonami jest siła jonowa.

Siła jonowa, $ I $ , roztworu jest funkcją stężenia wszystkich jonów obecnych w tym roztworze. $$ I = \ frac {1} {2} \ sum \ limits ^ n_ {i = 1 } c_iz_i ^ 2 $$

gdzie $ c_i $ to stężenie molowe jonów $ i $ (M, mol / l), $ z_i $ to numer ładunku tego jonu, a suma jest uwzględniana przez wszystkie jony w rozwiązanie. – Siła jonowa, Wikipedia (wyróżnienie moje)

Komentarze

• Pomyślałem, że powinienem rozszerzyć o współczynniki aktywności i sposób, w jaki prowadzą one do odchyleń od idealnych zachowań idealnych rozwiązań, zwł. z prawa Raoulta ', ale myślę, że na razie wystarczy '. : P Nadal nie ' nie rozszerzyłem wpływu ciśnienia ', ponieważ wymagałoby to wyjaśnień dotyczących ciśnień cząstkowych.