¿Por qué ' t los compuestos polares y no polares no se disuelven entre sí?

De manera muy simple, usted explica la razón de esta regla de solubilidad tomando en consideración los requerimientos de energía para la ruptura de fuerzas intermoleculares entre las moléculas en el soluto y el solvente.

Nota: esta es solo una explicación simplificada ya que también depende de otros factores como como cambio en la entropía

Aquí hay algunos antecedentes sobre las fuerzas intermoleculares. En las sustancias no polares, existen fuerzas de dispersión entre cada molécula. Estas fuerzas de dispersión son relativamente débiles y, por lo tanto, solo requieren poca energía para romperlas. En las sustancias polares, hay dipolo dipolo y enlaces de hidrógeno (dependiendo de la sustancia) entre cada molécula. Estas fuerzas son mucho más fuertes que las fuerzas de dispersión y requieren más energía para romperse.

Ahora consideremos los siguientes casos:

Soluto no polar y disolvente

Para que el soluto se disuelva, las fuerzas de dispersión entre las moléculas en el soluto y el disolvente deben romperse. Esto solo requiere muy poca energía. Sin embargo, cuando el soluto se disuelve en el disolvente, pueden generar fuerzas de dispersión entre sí. La creación de estas fuerzas libera muy poca energía. En pocas palabras, se requiere muy poca energía para romper las fuerzas y muy poca energía liberada al hacer las fuerzas. Por lo tanto, en general, todo se equilibra y se produce el proceso.

Soluto no polar y disolvente polar (y viceversa)

Para que el soluto se disuelva en el disolvente, se rompen tanto las fuerzas de dispersión como las fuerzas del dipolo, lo que requiere una gran cantidad de energía. Sin embargo, las moléculas en el soluto y el solvente solo pueden generar fuerzas de dispersión entre sí (ya que no son ambos polares). Esto solo libera muy poca energía. Por lo tanto, en general, se requiere más energía de la que se libera y, por lo tanto, el proceso ganó »

Soluto polar y disolvente

Para que el soluto se disuelva en el disolvente, se rompen las fuerzas dipolo dipolo que requieren una gran cantidad de energía. Sin embargo, cuando se disuelven, las moléculas en el soluto y el disolvente pueden formar fuerzas dipolo dipolo que liberan una gran cantidad de energía. Por lo tanto, en general, todo se equilibra y se produce el proceso.

TL; DR

It » s porque los cambios de entalpía de una solución generalmente no favorecen la disolución.

Una versión más larga:

Para explicar esto, generalmente se da la explicación del cambio de entalpía. En aras de la comprensión, veamos qué sucede cuando dos compuestos se disuelven. Tomemos como ejemplo el etanol disuelto en agua. Aquí está la esencia de lo que sucede:

1. Las fuerzas intermoleculares (es decir enlaces de hidrógeno en este caso) en el agua se rompen. $ \ rm \ color {green} {(endothermic)} $
2. Las fuerzas intermoleculares en el etanol se rompen. $ \ rm \ color {green} {(endotermico)} $
3. Se forma una nueva fuerza y atracción entre las moléculas de etanol y agua. $ \ rm \ color {red} {(exotérmico)} $
   $ \ hspace {12ex} $
   $ \ hspace {22ex} $ _{Etanol y agua forman enlaces de hidrógeno; Fuente}

Esto sucede para dos especies cualesquiera que se disuelvan entre sí. Para los solutos iónicos, la «ruptura del enlace» es en realidad la ruptura de la red. Entonces, esperaría un proceso endotérmico con una ganancia de energía igual a la entalpía de formación de la red.

Tienes que tener cuidado con dos cosas:

• La solubilidad no es binaria. Normalmente tenemos que indicarla con palabras breves y comprensibles (es decir, para una gran audiencia) , y por eso lo usamos. ¿Es el yeso tan insoluble en agua como el carbonato de calcio o tan soluble como el ácido propanoico ? (El ácido propanoico es miscible en agua en RTP y STP)
• Ese » no polar no se disuelve en » no es exacto. Los solutos no polares son generalmente insolubles en disolventes polares. Podemos pensar fácilmente en excepciones. Bromo agua es un ejemplo para empezar, pero ciertamente no es el ejemplo más notable.

Así que el La pregunta que me viene a la mente es:

Si el proceso de disolución va a ser el mismo para las moléculas polares o no polares y básicamente el mismo para las moléculas con hidrógeno enlace y para compuestos iónicos, ¿por qué algunos solutos son insolubles en algunos disolventes?

Como vimos, hay dos procesos endotérmicos y un proceso exotérmico involucrado. En pocas palabras, una respuesta rudimentaria a su pregunta es » porque los dipolos inducidos se conocen como una de las interacciones intermoleculares más débiles y, por lo tanto, las interacciones solvente-soluto no liberarían suficiente energía mientras formando, por lo que $ \ Delta H > 0 $ . Esto significaría que termodinámicamente es más favorable para el solvente -La interacción del solvente no debe romperse y, por lo tanto, no se disuelve «.

En una conclusión, diría » sí, la polaridad del soluto / solvente juega una regla importante en la determinación de la solubilidad o insolubilidad. Pero esa no es la mitad. » A continuación se puede encontrar una pequeña reseña del asunto.

$ \ color {gray} {\ textit {Ni siquiera sé por qué estoy haciendo esto.} \\\ \ textit {Una regla general y prescriptiva se puede explicar principalmente mediante otra visión simplista del asunto.} \\ \ \ textit {No sigas leyendo si no estás interesado.}} $

Sin embargo, tener en cuenta la entalpía no es científicamente exacto. Al menos, eso no es lo que está sucediendo en la vida real. El significado de entalpía está asociado con constante temperatura y presión. Eso no es lo que está sucediendo en la química de la vida real.

Para empezar, es mejor si consideramos el efecto hidrofóbico (relacionado con la entropía), el tamaño de la especie de soluto, la velocidad de disolución, el efecto iónico común, fuerza iónica.

El efecto hidrofóbico:

Así como un sistema favorece la menor energía potencial, favorece el desorden. El efecto hidrofóbico puede explicar mejor por qué algunas moléculas apolares «no se pueden disolver en agua:

El efecto hidrofóbico es la tendencia observada de sustancias no polares a agregarse en agua. solución y excluir las moléculas de agua. Esto ocurre porque las interacciones entre las moléculas hidrófobas permiten que las moléculas de agua se unan más libremente, lo que aumenta la entropía del sistema. La palabra hidrófobo significa literalmente » temeroso del agua, » y describe la segregación y la repulsión aparente entre el agua y las sustancias no polares. – El efecto hidrofóbico, Wikipedia

En pocas palabras, la razón de esto no se comprende bien. Una explicación simplificada es que la estructura del agua le permite tener tres grados de libertad y puede formar cuatro enlaces de hidrógeno. Si lo hace, no puede orientarse tan fácilmente como podría y, por lo tanto, la entropía disminuiría. Entonces, para favorecer la entropía, esto debe suceder mínimamente.

Si desea estudiar entropía de mezcla , el artículo de Wikipedia vinculado es muy bueno.

El tamaño de la especie:

$ \ ce {AgCl} $ es menos soluble en agua que $ \ ce {AgNO3} $ . Esto se podría describir mejor con el hecho de que los iones de plata y cloro son casi del mismo tamaño y, por lo tanto, pueden estar más compactos. Es decir, son más difíciles de romper y «disolver».

Tenga en cuenta que » similar se disuelve como » o cualquier regla similar no puede explicar esto. En realidad, la impresionante deslocalización del electrón en el ion nitrato puede explicar el rango masivo de nitratos solubles .

Tasa de disolución:

¿Podrías sti ¿Llamaré soluble a una especie si se disuelve en el solvente en un lapso de tiempo suficientemente amplio?Me imagino que no, ya que a las especies radiactivas con períodos de vida media lo suficientemente largos se les atribuye comúnmente la medalla «estable».

La velocidad de disolución no es una propiedad termodinámica, sino cinética.

La disolución no siempre es un proceso instantáneo. Es rápido cuando la sal y el azúcar se disuelven en agua, pero mucho más lento para una tableta de aspirina o un gran cristal de cobre hidratado ( II) sulfato. Estas observaciones son consecuencia de dos factores: la velocidad de solubilización (en kg / s) está relacionada con el producto de solubilidad (que depende de la temperatura) y el área de superficie del material. La velocidad a la que un sólido se disuelve puede dependen de su cristalinidad o falta de ella en el caso de sólidos amorfos y el área superficial (tamaño de cristalita) y la presencia de polimorfismo. – Tasa de disolución, Wikipedia

Aditivos (dispersantes):

No hay ninguna obligación de que solo consideremos existencia de soluto y solvente. ¿Qué haría usted si necesitara disolver un ácido graso (que es hidrófobo) en agua?

Obtener ayuda de micelas es una forma . Esta es básicamente la misma forma en que se transportan las grasas en la sangre, y el mismo mecanismo que utilizan los jabones para limpiar la grasa de la piel.

La solubilización es distinta de disolución porque el fluido resultante es una dispersión coloidal que involucra un coloide de asociación. Esta suspensión es distinta de una verdadera solución, y la cantidad de solubilizado en el sistema micelar puede ser diferente (a menudo más alta) que la solubilidad regular del solubilizado en el solvente. – Solubilización micelar, Wikipedia

$ \ hspace {3ex} $
$ \ hspace {7ex} $ _{Solubilización micelar de sustancias grasas en agua con el uso de un dispersante – Andreas Dries; Fuente}

Aditivos (el efecto de iones comunes):

El efecto de iones comunes utiliza el principio de Le Chatelier para explicar la menor solubilidad de un determinado precipitado debido a la existencia de un ion similar en la solución.

Por ejemplo, una solución diluida de sulfato de magnesio es menos soluble si se disuelve algo de sulfato de cobre (II).

Fuerza iónica:

Para ampliar los conceptos relacionados con el efecto de iones comunes, se define la fuerza iónica :

La fuerza iónica de una solución es una medida de la concentración de iones en esa solución. Los compuestos iónicos, cuando se disuelven en agua, se disocian en iones. La concentración total de electrolitos en la solución afectará propiedades importantes como la disociación o la solubilidad de diferentes sales . Uno Una de las principales características de una solución con iones disueltos es la fuerza iónica.

La fuerza iónica, $ I $ , de una solución es una función de la concentración de todos iones presentes en esa solución. $$ I = \ frac {1} {2} \ sum \ limits ^ n_ {i = 1 } c_iz_i ^ 2 $$

donde $ c_i $ es la concentración molar de iones $ i $ (M, mol / L), $ z_i $ es el número de carga de ese ion, y la suma se toma sobre todos los iones en la solución. – Fuerza iónica, Wikipedia (el énfasis es mío)

Comentarios

• Pensé que debería ampliar los coeficientes de actividad y cómo conducen a desviaciones de los comportamientos ideales de las soluciones ideales, esp. de la ley de Raoult ‘, pero creo que ‘ es suficiente por ahora. : P Aún así, no ‘ t expandir el efecto de la presión ‘, ya que requeriría explicaciones sobre las presiones parciales.