Koji čimbenici opisuju zašto su ionski spojevi topivi u bilo kojem polarnom otapalu?

Koji čimbenici opisuju zašto su ionski spojevi topivi u bilo kojem polarnom otapalu?
Anonim

Ionski spojevi nisu uvijek topljivi u bilo kojem polarnom otapalu. Ovisi o otapalu (ako je riječ o vodi ili drugom manje polarnom otapalu), bilo da su topljivi ili ne.

Isto tako, ionski spojevi sastavljeni od malih veličina iona i / ili iona s dvostrukim ili trostrukim nabojem i kationi sličnih dimenzija aniona, često su netopljivi u vodi.

Kada se dogodi da je ionski spoj zapravo topljiv u polarnom otapalu kao što je voda, to je vrijedno objašnjenja, jer je elektrostatička privlačnost između pozitivnih i negativnih iona toliko jaka da jednostavni ionski spoj kao kuhinjska sol zahtijeva temperaturu od 801 ° C. da se otopi.

Visoka energetska opskrba potrebna je za demontažu ionske rešetke koja se zove entalpija rešetke, Ova energična "isplata" djelomično se kompenzira zbog "dobitka" energije entalpija solvatacijekoji proizlaze iz privlačenja između svakog iona i mnogih molekula otapala koje ga mogu okružiti svojim suprotnim polaritetima.

solvatirani ion može biti okružen s nekoliko ljusaka molekula otapala, ovisno o njegovom naboju i veličini (ako "goli ion" ima visok naboj i malu veličinu, nosit će veći "oblak" molekula otapala).

Većina ionskih tvari se otopi u vodi endotermički, tj. Spontano oduzimajući toplinsku energiju iz otapala i okoline. To je dokaz da je entalpija rešetke veća od entalpije solvatacije.

Stoga je drugi odlučujući čimbenik nužan da bi se objasnila topljivost ionskih tvari i odgovorilo na pitanje. Ovo je statistički ili "entropijski faktor". Rastvaranjem tvari dolazi do povećanja entropije ili" slučajnosti "gibanja, energija, položaja, što je posljedica prijelaza iz vrlo uređene strukture čvrste rešetke u neuređenu strukturu tipa plina - otopine. Struktura mješavine ima veću statističku vjerojatnost (mjereno brojem ekvivalentnih konfiguracija ili "mikrostanica" koje odgovaraju istom "miješanom" makrostatu) od nepomešanog makrostata.

Uvijek postoji povećanje entropije, svaki put se kristalinična krutina otapa u otapalu, i to je ista vrsta preferiranog procesa koji se događa s isparavanjem, sublimacijom ili difuzijom.

Ionski spoj se konačno otapa u otapalu ako je doprinos entropije dovoljan da kompenzira gubitak entalpije koji prati otapanje.

To se može kvantitativno prevesti u kriterij za spontano otapanje: "# Delta_sG #, to jest varijacija slobodne energije, ili Gibbsov potencijal, G = (H-TS), za proces disolucije, treba biti negativan. "U formulama:

#Delta_sG = Delta_lH - TDelta_hS <0 #

gdje # Delta_lH # je entalpija rešetke, pozitivna; # Delta_hS # je razlika entropije solvatacije i ona se pretvara u dimenzije energije množenjem apsolutne temperature T. Doprinos entropije # -TDelta_hS # kao što je povoljno (negativno) do otapanja koliko je temperatura visoka. Stoga je uobičajeno ponašanje ionskih spojeva postati topivije s porastom temperature.

Obrnuto, oni spojevi koji se sami rastvaraju egzotermički (#Delta_lH <0 #) karakterizira entalpija solvatacije koja premašuje entalpiju rešetke i vrlo su topljivi čak i na niskoj temperaturi.