Por que ' t compostos polares e não polares se dissolvem?

Muito simplesmente, você explica a razão para esta regra de solubilidade levando em consideração os requisitos de energia para a quebra de forças intermoleculares entre as moléculas no soluto e o solvente.

Nota: esta é apenas uma explicação simplificada, pois também depende de outros fatores, como como mudança na entropia

Aqui estão algumas informações básicas sobre as forças intermoleculares. Em substâncias apolares, existem forças de dispersão entre cada molécula. Essas forças de dispersão são relativamente fracas e, portanto, requerem pouca energia para quebrá-las. Em substâncias polares, há dipolo dipolo e ligações de hidrogênio (dependendo da substância) entre cada molécula. Essas forças são muito mais fortes do que as forças de dispersão e requerem mais energia para quebrar.

Agora vamos considerar os seguintes casos:

Soluto e solvente não polar

Para que o soluto se dissolva, as forças de dispersão entre as moléculas no soluto e no solvente precisam ser quebradas. Isso requer muito pouca energia. No entanto, quando o soluto se dissolve no solvente, eles são capazes de formar forças de dispersão entre si. A formação dessas forças libera muito pouca energia. Então, simplesmente, muito pouca energia é necessária para quebrar as forças e muito pouca energia liberada ao fazer as forças. Portanto, no geral, tudo se equilibra e o processo ocorre.

Soluto não polar e solvente polar (e vice-versa)

Para que o soluto se dissolva no solvente, ambas as forças de dispersão e as forças dipolo dipolo são quebradas, o que requer grande quantidade de energia. No entanto, as moléculas no soluto e no solvente só são capazes de formar forças de dispersão entre si (já que não são polares). Isso libera muito pouca energia. Portanto, no geral, é necessária mais energia do que liberada e, portanto, o processo venceu ” acontecer.

Soluto polar e solvente

Para o soluto se dissolver no solvente, as forças dipolo dipolo são quebradas, o que requer grande quantidade de energia. No entanto, quando se dissolvem, as moléculas do soluto e do solvente são capazes de formar forças dipolo dipolo que liberam grande quantidade de energia. Portanto, no geral, tudo se equilibra e o processo ocorre.

TL; DR

Isso ” s porque as mudanças de entalpia de uma solução geralmente não favorecem a dissolução.

Uma versão mais longa:

Para explicar isso, geralmente é fornecida a explicação da mudança de entalpia. Para fins de compreensão, vejamos o que acontece quando dois compostos se dissolvem. Tome como exemplo o etanol dissolvido em água. Aqui está a essência do que acontece:

1. As forças intermoleculares (ou seja, ligações de hidrogênio, neste caso) na água se separam. $ \ rm \ color {green} {(endotérmico)} $
2. As forças intermoleculares no etanol se separam. $ \ rm \ color {green} {(endotérmico)} $
3. Uma nova força e atração é formada entre as moléculas de etanol e água. $ \ rm \ color {red} {(exotérmico)} $
   $ \ hspace {12ex} $
   $ \ hspace {22ex} $ _{Etanol e água formando ligações de hidrogênio; Fonte}

Isso acontece para quaisquer duas espécies que se dissolvem uma na outra. Para solutos iônicos, a “clivagem da ligação” é, na verdade, a quebra da rede. Então você esperaria um processo endotérmico com ganho de energia igual à entalpia de formação da rede.

Você deve ter cuidado com duas coisas:

• A solubilidade não é binária. Geralmente, temos que indicá-la com palavras curtas e compreensíveis (ou seja, por um grande público) , e é por isso que o usamos. O gesso é tão insolúvel em água quanto carbonato de cálcio ou tão solúvel quanto ácido propanóico ? (O ácido propanóico é miscível em água em RTP e STP)
• Que ” não polar não se dissolve em polar ” não é preciso. Solutos não polares são geralmente insolúveis em solventes polares. Podemos facilmente pensar em exceções. Água de bromo é um exemplo para começar, mas certamente não é o exemplo mais notável.

Então, a questão que vem à mente é:

Se o processo de dissolução será o mesmo para moléculas polares ou não polares e grosseiramente o mesmo para moléculas com hidrogênio ligação e para compostos iônicos, por que alguns solutos são insolúveis em alguns solventes?

Como vimos, existem dois processos endotérmicos e um processo exotérmico envolvido. Simplificando, uma resposta rudimentar à sua pergunta é que ” porque os dipolos induzidos são conhecidos como uma das interações intermoleculares mais fracas e, portanto, as interações solvente-soluto não liberariam energia suficiente enquanto sendo formado, então $ \ Delta H > 0 $ . Isso significaria que termodinamicamente é mais favorável para o solvente – a interação do solvente não deve ser interrompida e, portanto, não há dissolução “.

Em conclusão, eu diria ” sim, a polaridade do soluto / solvente desempenha uma regra importante na determinação da solubilidade ou insolubilidade. Mas isso não é nem a metade. ” Uma pequena revisão do assunto pode ser encontrada abaixo.

$ \ color {gray} {\ textit {Eu nem sei por que estou fazendo isso.} \\\ \ textit {Uma regra geral prescritiva pode ser explicada principalmente por outra visão simplista do assunto.} \\ \ \ textit {Não continue a ler se não estiver interessado.}} $

No entanto, apenas levar a entalpia em consideração não é cientificamente preciso. Pelo menos, não é isso que está acontecendo na vida real. O significado de entalpia está associado à constante temperatura e pressão. Não é isso que está acontecendo na química da vida real.

Para começar, é melhor considerarmos o efeito hidrofóbico (relacionado à entropia), o tamanho das espécies de soluto, a taxa de dissolução, o efeito de íon comum, força iônica.

O efeito hidrofóbico:

Assim como um sistema favorece a menor energia potencial, ele favorece a desordem. O efeito hidrofóbico pode explicar melhor por que algumas moléculas não polares não podem “dissolver-se na água:

O efeito hidrofóbico é a tendência observada de substâncias não polares se agregarem em água solução e excluir moléculas de água. Isso ocorre porque as interações entre as moléculas hidrofóbicas permitem que as moléculas de água se liguem mais livremente, aumentando a entropia do sistema. A palavra hidrofóbico significa literalmente ” temer a água, ” e descreve a segregação e a repulsão aparente entre a água e as substâncias não polares. – O efeito hidrofóbico, Wikipedia

Simplificando, a razão para isso não é bem compreendida. Uma explicação simplificada é que a estrutura da água permite que ela tenha três graus de liberdade e pode formar quatro ligações de hidrogênio. Se assim for, não pode “orientar-se tão facilmente quanto poderia e, portanto, a entropia diminuiria. Portanto, para favorecer a entropia, isso precisa acontecer minimamente.

Se você quiser estudar entropia da mistura , o artigo da Wikipedia vinculado é muito bom.

O tamanho das espécies:

$ \ ce {AgCl} $ é menos solúvel em água do que $ \ ce {AgNO3} $ . Isso pode ser melhor descrito com o fato de que os íons de prata e cloro são quase do mesmo tamanho e, portanto, podem ser compactados mais juntos, ou seja, são mais difíceis de quebrar e “dissolver”.

Observe que ” como se dissolve como ” ou quaisquer regras semelhantes não podem “explicar isso. Na verdade, a impressionante deslocalização do elétron no íon nitrato pode explicar a grande variedade de nitratos solúveis .

Taxa de dissolução:

Você continuaria Vou chamar uma espécie de solúvel se ela se dissolver no solvente em um intervalo de tempo amplo o suficiente?Eu imagino que não, já que as espécies radioativas com períodos de meia-vida longos o suficiente são comumente atribuídas à medalha de “estável”.

A taxa de dissolução não é uma propriedade termodinâmica, mas cinética.

A dissolução nem sempre é um processo instantâneo. É rápido quando o sal e o açúcar se dissolvem na água, mas muito mais lento para um comprimido de aspirina ou um grande cristal de cobre hidratado ( II) sulfato. Essas observações são consequência de dois fatores: a taxa de solubilização (em kg / s) está relacionada ao produto de solubilidade (dependente da temperatura) e à área de superfície do material. A velocidade com que um sólido se dissolve pode dependem de sua cristalinidade ou falta dela no caso de sólidos amorfos e da área de superfície (tamanho do cristalito) e da presença de polimorfismo. – Taxa de dissolução, Wikipedia

Aditivos (dispersantes):

Não há obrigação de considerarmos apenas os existência de soluto e do solvente. O que você faria se precisasse dissolver um ácido graxo (que é hidrofóbico) na água?

Obter ajuda de micelas é uma maneira . Esta é basicamente a mesma maneira que as gorduras são transportadas no sangue, e o mesmo mecanismo que os sabonetes usam para limpar a oleosidade da sua pele.

A solubilização é diferente de dissolução porque o fluido resultante é uma dispersão coloidal envolvendo um colóide de associação. Esta suspensão é distinta de uma solução verdadeira, e a quantidade de solubilizado no sistema micelar pode ser diferente (frequentemente mais alta) do que a solubilidade regular do solubilizado no solvente. – Solubilização micelar, Wikipedia

$ \ hspace {3ex} $
$ \ hspace {7ex} $ _{Solubilização micelar de matéria gordurosa em água com o uso de um dispersante – Andreas Dries; Fonte}

Aditivos (o efeito de íon comum):

O efeito de íon comum usa o princípio de Le Chatelier para explicar a menor solubilidade de um determinado precipitado devido à existência de um íon semelhante na solução.

Por exemplo, uma solução diluída de sulfato de magnésio é menos solúvel se algum sulfato de cobre (II) for dissolvido.

Força iônica:

Para expandir os conceitos relacionados ao efeito de íon comum, força iônica é definida:

A força iônica de uma solução é uma medida da concentração de íons nessa solução. Os compostos iônicos, quando dissolvidos em água, se dissociam em íons. A concentração total de eletrólito na solução afetará propriedades importantes, como a dissociação ou a solubilidade de diferentes sais . das principais características de uma solução com íons dissolvidos é a força iônica.

A força iônica, $ I $ , de uma solução é uma função da concentração de todos os íons presentes nessa solução. $$ I = \ frac {1} {2} \ sum \ limits ^ n_ {i = 1 } c_iz_i ^ 2 $$

onde $ c_i $ é a concentração molar de íon $ i $ (M, mol / L), $ z_i $ é o número de carga daquele íon, e a soma é considerada sobre todos os íons em a solução. – Força iônica, Wikipedia (ênfase minha)

Comentários

• Achei que deveria expandir os coeficientes de atividade e como eles levam a desvios de comportamentos ideais de soluções ideais, esp. da lei de Raoult ‘, mas acho que ‘ é o suficiente por enquanto. : P Ainda não ‘ expandi o ‘ efeito da pressão, uma vez que exigiria explicações sobre pressões parciais.