Dipolii pot fi induși și în compuși polari și nepolari, atunci de ce nu se dizolvă?
Comentarii
- Gândiți-vă la asta ca la două grupuri de oameni care vorbesc limbi diferite, ‘ este posibil ca ei să încerce să se amestece și să socializeze, dar ‘ este mai ușor ca aceștia să se lipească de propriile grupuri. Acum, produsele chimice sunt destul de nepoliticoase și nu au nicio idee despre convențiile sociale , așa că preferă să se mențină în propriul grup.
- Apropo, dipolii sunt ‘ t induși în compușii polari. Ei ‘ sunt deja acolo. De aceea ‘ este motivul pentru care le numiți un dipol permanent . Mărimile lor vor fluctua, dar ‘ este o chestiune complet diferită
- Nu ar trebui ca ‘ să nu se dizolve în polar în mod polar, cum se dizolvă non-polar în non-polar ?
Răspuns
Foarte simplu, explicați motivul acestei reguli de solubilitate luând în considerare cerințele energetice pentru ruperea forțelor intermoleculare între moleculele din dizolvat și solventul.
Notă: aceasta este doar o explicație simplificată, deoarece depinde și de alți factori, cum ar fi ca schimbare de entropie
Iată câteva informații de fundal despre forțele intermoleculare. În substanțele nepolare există forțe de dispersie între fiecare moleculă. Aceste forțe de dispersie sunt relativ slabe și, prin urmare, necesită doar puțină energie pentru a le sparge. În substanțele polare, există dipol dipol și legături de hidrogen (în funcție de substanță) între fiecare moleculă. Aceste forțe sunt mult mai puternice decât forțele de dispersie și necesită mai multă energie pentru a se sparge.
Acum să luăm în considerare următoarele cazuri:
Non-polar Solute and Solvent
Pentru ca dizolvatul să se dizolve, forțele de dispersie dintre moleculele din solvent și solvent trebuie să se rupă. Acest lucru necesită doar foarte puțină energie. Cu toate acestea, atunci când dizolvatul se dizolvă în solvent, acestea sunt capabile să facă forțe de dispersie între ele. Realizarea acestor forțe eliberează foarte puțină energie. Deci, pur și simplu, este necesară foarte puțină energie pentru a sparge forțele și foarte puțină energie eliberată atunci când se fac forțele. Prin urmare, în general, totul se echilibrează și procesul are loc.
Solut non-polar și solvent polar (și invers)
Pentru ca dizolvatul să se dizolve în solvent, sunt rupte atât forțele de dispersie, cât și forțele dipol dipol care necesită o cantitate mare de energie. Cu toate acestea, moleculele din solvent și solvent sunt capabile să producă forțe de dispersie între ele (întrucât nu sunt atât polare). Aceasta eliberează doar foarte puțină energie. Prin urmare, în general, este necesară mai multă energie decât eliberată și, prin urmare, procesul câștigat ” nu se întâmplă.
Solut Polar și Solvent
Pentru ca dizolvatul să se dizolve în solvent, forțele dipolului dipol sunt sparte, care necesită o cantitate mare de energie. Cu toate acestea, atunci când se dizolvă, moleculele din solvent și solvent sunt capabile să formeze forțe dipol dipol care eliberează o cantitate mare de energie. Prin urmare, în general, totul se echilibrează și procesul are loc.
Răspuns
TL; DR
It ” deoarece modificările de entalpie ale unei soluții, în general, nu favorizează dizolvarea.
O versiune mai lungă:
Pentru a explica acest lucru, de obicei este dată explicația modificării entalpiei. Din motive de înțelegere, să vedem ce se întâmplă când doi compuși se dizolvă. Luați ca exemplu etanolul care se dizolvă în apă. Iată esența a ceea ce se întâmplă:
- Forțele intermoleculare (adică legăturile de hidrogen în acest caz) în apă se rup. $ \ rm \ color {green} {(endotermic)} $
- Forțele intermoleculare din etanol se separă. $ \ rm \ color {green} {(endotermic)} $
- O nouă forță și atracție se formează între etanol și moleculele de apă. $ \ rm \ color {red} {(exotermic)} $
$ \ hspace {12ex} $
$ \ hspace {22ex} $ Etanol și apă formând legături de hidrogen; Sursă
Acest lucru se întâmplă pentru oricare două specii care se vor dizolva una în cealaltă. Pentru substanțele dizolvate ionice, „scindarea legăturii” este, de fapt, rețeaua care se separă. Deci, vă așteptați la un proces endoterm cu o câștig de energie egală cu entalpia de formare a rețelei.
Trebuie să aveți grijă la două lucruri:
- Solubilitatea nu este „binară”. De obicei, trebuie să o indicăm cu cuvinte scurte și ușor de înțeles (adică de un public larg) , și de aceea îl folosim. Este gips la fel de insolubil în apă ca carbonat de calciu sau la fel de solubil ca acid propanoic ? (Acidul propanoic este miscibil în apă în RTP și STP)
- Că ” nepolar nu se dizolvă în polar ” nu este precis. Solutele nepolare sunt în general insolubile în solvenți polari. Ne putem gândi cu ușurință la excepții. Apa de brom este un exemplu pentru început, dar cu siguranță nu este cel mai remarcabil exemplu.
Deci, întrebarea care îmi vine în minte este,
Dacă procesul de dizolvare va fi același pentru moleculele polare sau nepolare și grosolan același pentru moleculele cu hidrogen legătura și pentru compușii ionici, de ce unele substanțe dizolvate sunt insolubile în anumiți solvenți?
După cum am văzut, există două procese endoterme și un proces exoterm implicat. Foarte simplu, un răspuns rudimentar la întrebarea dvs. este că ” deoarece dipolii induși sunt cunoscuți ca fiind una dintre cele mai slabe interacțiuni intermoleculare și astfel interacțiunile solvent-solut nu ar elibera suficientă energie fiind format, deci $ \ Delta H > 0 $ . Aceasta ar însemna că termodinamic este mai favorabil pentru solvent -interacțiunea solvabilă nu trebuie întreruptă și, prin urmare, nicio dizolvare „.
În concluzie, aș spune ” da, polaritatea solutului / solventului joacă o regulă importantă în determinarea solubilității sau insolubilității. Dar asta nu este jumătate. ” O mică revizuire a problemei poate fi găsită mai jos.
$ \ color {gray} {\ textit {Nu știu nici măcar de ce fac asta.} \\\ \ textit {O regulă generală, prescriptivă poate fi explicată în principal printr-o altă viziune simplistă a problemei.} \\ \ \ textit {Nu citiți mai departe dacă nu vă interesează.}} $
Cu toate acestea, luarea în considerare a entalpiei nu este exactă din punct de vedere științific. Cel puțin asta nu se întâmplă în viața reală. Semnificația entalpiei este asociată cu constantă temperatură și presiune. Aceasta nu este ceea ce se întâmplă în chimia vieții reale.
Pentru început, este cel mai bine dacă luăm în considerare efectul hidrofob (legat de entropie), dimensiunea speciei dizolvate, rata dizolvării, efectul ionic comun, puterea ionică.
Efectul hidrofob:
La fel cum un sistem favorizează cea mai mică energie potențială, favorizează tulburarea. Efectul hidrofob poate explica mai bine de ce unele molecule nepolare nu se pot „dizolva în apă:
Efectul hidrofob este tendința observată a substanțelor nepolare de a se agrega în soluție și exclude moleculele de apă. Acest lucru se întâmplă deoarece interacțiunile dintre moleculele hidrofobe permit moleculelor de apă să se lege mai liber, crescând entropia sistemului. Cuvântul hidrofob înseamnă literalmente ” frică de apă ” și descrie segregarea și repulsia aparentă între apă și substanțele nepolare. – Efectul hidrofob, Wikipedia
Pur și simplu, motivul pentru acest lucru nu este bine înțeles. O explicație simplificată este că structura apei îi permite să aibă trei grade de libertate și poate forma patru legături de hidrogen. Dacă face acest lucru, nu se poate orienta cât de ușor ar putea și astfel entropia ar scădea. Deci, pentru a favoriza entropia, acest lucru trebuie să se întâmple minim.
Dacă doriți să studiați entropie de amestecare , articolul legat de Wikipedia este foarte frumos.
Dimensiunea speciilor:
$ \ ce {AgCl} $ este mai puțin solubil în apă decât $ \ ce {AgNO3} $ . Acest lucru ar putea fi cel mai bine descris prin faptul că ionii de argint și clor au aproape aceeași dimensiune și, prin urmare, pot fi împachetați mai strâns împreună. / p>
Rețineți că „, cum ar fi, se dizolvă ca ” sau orice alte reguli similare nu pot explica acest lucru. De fapt, impresionanta delocalizare electronului din ionul nitrat poate explica gama masivă de nitrați solubili .
Rata de dizolvare:
Vrei tu sti Voi numi o specie solubilă dacă se dizolvă în solvent într-un interval de timp suficient de larg?Nu mi-aș imagina, deoarece speciilor radioactive cu perioade de înjumătățire suficient de lungi li se atribuie în mod obișnuit medalia „stabilă”.
Rata dizolvării nu este o proprietate termodinamică, ci una cinetică.
Dizolvarea nu este întotdeauna un proces instantaneu. Este rapidă când sarea și zahărul se dizolvă în apă, dar mult mai lent pentru o tabletă de aspirină sau un cristal mare de cupru hidratat ( II) sulfat. Aceste observații sunt consecința a doi factori: rata de solubilizare (în kg / s) este legată de produsul de solubilitate (în funcție de temperatură) și de suprafața materialului. Viteza la care se dizolvă un solid poate depinde de cristalinitatea sau lipsa acestuia în cazul solidelor amorfe și a suprafeței (dimensiunea cristalitului) și de prezența polimorfismului. – Rata de dizolvare, Wikipedia
Aditivi (dispersanți):
Nu există nicio obligație pe care o luăm în considerare doar existența solutului și a solventului. Ce ați face dacă ați avea nevoie să dizolvați un acid gras (care este hidrofob) în apă?
Obținerea ajutorului de la miceli este o modalitate . Acesta este grosolan același mod în care grăsimile sunt transportate în sânge și același mecanism pe care îl folosesc săpunurile pentru a curăța uleiul de piele.
Solubilizarea este distinctă dizolvare deoarece fluidul rezultat este o dispersie coloidală care implică o asociere coloidală. Această suspensie este distinctă de o soluție adevărată, iar cantitatea de solubilizat din sistemul micelar poate fi diferită (adesea mai mare) decât solubilitatea regulată a solubilizatului în solvent. – Solubilizare micelară, Wikipedia
$ \ hspace {3ex} $ 
$ \ hspace {7ex} $ Solubilizarea micelară a substanței grase în apă cu utilizarea unui dispersant – Andreas se usucă; Sursă
Aditivi (Efectul ionului comun):
Efectul ionic comun utilizează principiul Le Chatelier pentru a explica solubilitatea mai mică a unui anumit precipitat din cauza existenței un ion similar în soluție.
De exemplu, o soluție diluată de sulfat de magneziu este mai puțin solubilă dacă un sulfat de cupru (II) este dizolvat.
Puterea ionică:
Pentru a extinde conceptele legate de efectul ionic comun, este definită puterea ionică :
Puterea ionică a unei soluții este o măsură a concentrației ionilor din acea soluție. Compușii ionici, atunci când sunt dizolvați în apă, se disociază în ioni. Concentrația totală a electroliților în soluție va afecta proprietăți importante, cum ar fi disocierea sau solubilitatea diferitelor săruri . dintre principalele caracteristici ale unei soluții cu ioni dizolvați este puterea ionică.
Puterea ionică, $ I $ , a unei soluții este o funcție din concentrația de toți ioni prezenți în acea soluție. $$ I = \ frac {1} {2} \ sum \ limits ^ n_ {i = 1 } c_iz_i ^ 2 $$
unde $ c_i $ este concentrația molară a ionului $ i $ (M, mol / L), $ z_i $ este numărul de încărcare al ionului respectiv, iar suma este preluată asupra tuturor ionilor din soluția. – Puterea ionică, Wikipedia (Punctul meu)
Comentarii
- M-am gândit că ar trebui să măresc asupra coeficienților de activitate și a modului în care acestea conduc la abateri de la comportamentele ideale ale soluțiilor ideale, în special. din legea lui Raoult ‘, dar cred că ‘ este suficient pentru moment. : P Totuși, nu ‘ m-am extins asupra efectului de presiune ‘, deoarece ar necesita explicații cu privire la presiunile parțiale.