Loading...
 

Rozpuszczanie w wyniku solwatacji cząsteczek lub jonów


Solwatacją nazywamy oddziaływanie cząsteczek lub jonów danej substancji z cząsteczkami rozpuszczalnika w wyniku czego powstaje solwatowana forma cząsteczki (jonu). Forma ta jest przeważnie strukturą przestrzenną w której cząsteczka (jon) są otoczone ściśle zorientowanymi cząsteczkami rozpuszczalnika.

Otaczanie się jonów związanymi z nimi cząsteczkami wody nazywamy hydratacją.

Hydratowany anion i kation
Rysunek 1: Hydratowany anion i kation


Hydratacja jest jednym z głównych czynników powodujących dysocjację elektrolityczną. Inny jest mechanizm dysocjacji związków tworzących kryształy jonowe a inny w cząsteczkach w których występuje wiązanie atomowe spolaryzowane (np. \( \ce{HCl} \)). W pierwszym przypadku rozpuszczanie związku powoduje uwolnienie z sieci krystalicznej obecnych tam jonów, w drugim jonizacja – powstawanie jonów z cząsteczek kowalencyjnych (zob. moduł Dysocjacja elektrolityczna ).

Rozpuszczanie zależy od rodzaju rozpuszczalnika, a właściwie od jego stałej dielektrycznej ε. Jeżeli wielkość siły wzajemnego oddziaływania ładunków elektrycznych w zależności od ich wielkości ( \( q_1, q_2 \)) i odległości ( \( r \)) dana jest prawem Coulomba \( F = \frac {q_1·q_2}{εr^2} \), to stała dielektryczna ε charakteryzuje ośrodek, w którym powyższe ładunki na siebie oddziaływają.
Stałe dielektryczne wybranych substancji zostały przedstawione w Tabela 1.

Tabela 1: Stałe dielektryczne wybranych rozpuszczalników
rodzaj rozpuszczalnikanazwawzórstała dielektryczna
polarny protycznywoda \( \ce{H_2O} \)80
polarny protycznymetanol \( \ce{CH_3OH} \)32,7
polarny protycznyetanol \( \ce{C_2H_5OH} \)24,3
polarny protycznykwas siarkowy (VI) \( \ce{H_2SO_4} \)101
polarny aprotycznyaceton \( \ce{(CH_3)_2CO} \)21
polarny aprotycznyacetonitryl \( \ce{CH_3CN} \)37
polarny aprotycznytrtrahydrofuran \( \ce{C_4H_8O} \)7,52
niepolarnybenzen \( \ce{C_6H_6} \)2,3
niepolarnytoluen \( \ce{C_6H_5CH_3} \)2,4
niepolarnychloroform \( \ce{CHCl_3} \)4,8


Stała dielektryczna wody wynosi \( ε_{H_2O} = 80 \). Dla próżni i w przybliżeniu dla powietrza wielkość ta jest równa jedności. Patrząc na wzór na prawo Coulomba możemy powiedzieć, że dwa ładunki oddziaływają na siebie ok. 80 razy słabiej w wodzie niż na powietrzu. Fakt ten stanowi kolejną przyczynę rozpuszczania (dysocjacji) elektrolitów w roztworach wodnych, w których następuje 80-krotne osłabienie sił międzyjonowych działających w krysztale jonowym, jak również osłabienie oddziaływania atomów w spolaryzowanej cząsteczce kowalencyjnej. W wyniku osłabienia sił dipole wody mogą poprzez hydratację oderwać jony od siebie.
Im większa stała dielektryczna rozpuszczalnika, będąca miarą jego własności polarnych tym łatwiej rozpuszczają się w nim cząsteczki polarne lub kryształy jonowe. Rozpuszczalniki zbudowane z cząsteczek o słabych własnościach polarnych (niskiej stałej dielektrycznej) są natomiast dobrymi rozpuszczalnikami dla cząsteczek niepolarnych. Przykładem rozpuszczalnika „niepolarnego” jest czterochlorek węgla. W cząsteczce tej cztery atomy chloru związane kowalentnie z centralnie położonym atomem węgla tworzą symetryczny czworościan. Tego typu ułożenie atomów chloru powoduje jednorodność ładunku na powierzchni bryły, pomimo istnienia polarnych wiązań \( \ce{C-Cl} \).


Ostatnio zmieniona Wtorek 25 z Wrzesień, 2018 11:46:03 UTC Autor: Maria Starowicz
Zaloguj się/Zarejestruj w OPEN AGH e-podręczniki
Czy masz już hasło?

Hasło powinno mieć przynajmniej 8 znaków, litery i cyfry oraz co najmniej jeden znak specjalny.

Przypominanie hasła

Wprowadź swój adres e-mail, abyśmy mogli przesłać Ci informację o nowym haśle.
Dziękujemy za rejestrację!
Na wskazany w rejestracji adres został wysłany e-mail z linkiem aktywacyjnym.
Wprowadzone hasło/login są błędne.