Welche Faktoren beschreiben, warum ionische Verbindungen angeblich in einem polaren Lösungsmittel löslich sind?

Welche Faktoren beschreiben, warum ionische Verbindungen angeblich in einem polaren Lösungsmittel löslich sind?
Anonim

Ionische Verbindungen sind nicht immer in irgendeinem polaren Lösungsmittel löslich. Es hängt vom Lösungsmittel ab (ob es sich um Wasser oder ein anderes weniger polares Lösungsmittel handelt), ob sie löslich sind oder nicht.

Auch ionische Verbindungen, die aus Ionen geringer Größe und / oder Ionen mit Doppel- oder Dreifachladung bestehen, und Kationen mit ähnlichen Abmessungen wie Anionen sind häufig in Wasser unlöslich.

Wenn eine ionische Verbindung tatsächlich in einem polaren Lösungsmittel wie Wasser löslich ist, ist dies erklärungsbedürftig, da die elektrostatische Anziehung zwischen positiven und negativen Ionen so stark ist, dass eine einfache ionische Verbindung als Tafelsalz eine Temperatur von 801 ° C erfordert geschmolzen werden

Es ist eine hohe Energieversorgung erforderlich, um das so genannte ionische Gitter abzubauen Gitterenthalpie. Diese energetische "Zahlung" wird teilweise durch den Energiegewinn kompensiert, der durch entsteht Solvatationsenthalpie, resultierend aus der Anziehung zwischen jedem Ion und den vielen Lösungsmittelmolekülen, die es mit ihren entgegengesetzten Polaritäten umgeben können.

EIN solvatisiertes Ion kann von mehreren Schalen von Lösungsmittelmolekülen umgeben sein, abhängig von seiner Ladung und Größe (wenn das "nackte Ion" eine hohe Ladung und kleine Größe hat, wird es eine größere "Wolke" von Lösungsmittelmolekülen tragen).

Die Mehrheit der ionischen Substanzen wird endothermisch in Wasser gelöst, d. H. Durch spontane Abzug von Wärmeenergie vom Lösungsmittel und der Umgebung. Dies ist ein Beweis dafür, dass die Gitterenthalpie höher ist als die Solvatisierungsenthalpie.

Ein zweiter entscheidender Faktor ist daher notwendig, um die Löslichkeit ionischer Substanzen zu erklären und die Frage zu beantworten. Dies ist eine statistische oder "entropischer Faktor". Durch das Auflösen der Substanz kommt es zu einer Zunahme der Entropie oder" Zufälligkeit "von Bewegungen, Energien, Positionen, die auf den Übergang von der sehr geordneten Struktur des festen Gitters zu einer ungeordneten - Gastypstruktur der Lösung zurückzuführen sind Die Struktur der Mischung hat eine höhere statistische Wahrscheinlichkeit (gemessen an der Anzahl äquivalenter Konfigurationen oder "Mikrozustände", die demselben "gemischten" Makrostat entsprechen) als das nicht gemischte Makrostat.

Es gibt immer eine Zunahme der Entropie, jedes Mal, wenn sich ein kristalliner Feststoff in einem Lösungsmittel auflöst, ist es der gleiche Prozess, der bei Verdampfung, Sublimation oder Diffusion bevorzugt wird.

Die ionische Verbindung löst sich schließlich im Lösungsmittel auf, wenn der Beitrag der Entropie ausreichend ist, um den mit der Auflösung einhergehenden Enthalpieverlust auszugleichen.

Dies kann quantitativ in ein Kriterium für die spontane Auflösung übersetzt werden:# Delta_sG #, das ist die Variation der freien Energie oder das Gibbs-Potential, G = (H-TS), sollte für den Auflösungsprozess negativ sein. "In Formeln:

#Delta_sG = Delta_lH - TDelta_hS <0 #

woher # Delta_lH # ist die Gitterenthalpie positiv; # Delta_hS # ist die Solvatations-Entropiedifferenz und wird durch Multiplikation der absoluten Temperatur T in Energiedimensionen umgewandelt. Der Entropiebeitrag # -TDelta_hS # ist so günstig (negativ) für die Auflösung, wie hoch die Temperatur ist. Daher ist das üblichste Verhalten für ionische Verbindungen, mit zunehmender Temperatur löslicher zu werden.

Umgekehrt sind diejenigen Verbindungen, die sich exotherm lösen (#Delta_lH <0 #) zeichnen sich durch eine Solvatationsenthalpie aus, die die Gitterenthalpie übersteigt, und ist auch bei niedriger Temperatur sehr löslich.