Rozpuszczanie w wyniku solwatacji cząsteczek lub jonów
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.
rodzaj rozpuszczalnika | nazwa | wzór | stała dielektryczna |
polarny protyczny | woda | \( \ce{H_2O} \) | 80 |
polarny protyczny | metanol | \( \ce{CH_3OH} \) | 32,7 |
polarny protyczny | etanol | \( \ce{C_2H_5OH} \) | 24,3 |
polarny protyczny | kwas siarkowy (VI) | \( \ce{H_2SO_4} \) | 101 |
polarny aprotyczny | aceton | \( \ce{(CH_3)_2CO} \) | 21 |
polarny aprotyczny | acetonitryl | \( \ce{CH_3CN} \) | 37 |
polarny aprotyczny | trtrahydrofuran | \( \ce{C_4H_8O} \) | 7,52 |
niepolarny | benzen | \( \ce{C_6H_6} \) | 2,3 |
niepolarny | toluen | \( \ce{C_6H_5CH_3} \) | 2,4 |
niepolarny | chloroform | \( \ce{CHCl_3} \) | 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 \( \ce{C-Cl} \).