Образование растворов является физико-химическим процессом, в котором можно выделить отдельные стадии: разрушение структуры исходного вещества, сольватацию и диффузию.
Разрушение структуры исходного вещества
В твердых веществах контакт с подходящим растворителем вызывает разрушение кристаллической решетки, связанное с ослаблением электростатического взаимодействия (у веществ ионного строения) или межмолекулярных взаимодействий (у веществ молекулярного строения). При растворении какой-либо соли, например NaCl, постепенный отрыв ионов Na+ и Cl- с поверхности кристалла осуществляется за счет ион-дипольных взаимодействий.
Рис. Схема растворения вещества с ионной связью на примере хлорида натрия
При растворении полярных молекулярных веществ атом Hδ+ молекулы воды притягивает отрицательно заряженный конец диполя молекулы растворяемого вещества, а атом Оδ- молекулы воды притягивает положительно заряженный конец диполя молекулы растворяемого вещества (диполь-дипольное взаимодействие).
При растворении некоторых газов может разрушаться ковалентная связь. Так, например, при растворении хлороводорода в воде связь H-Cl разрывается за счет образования более прочной ковалентной связи между атомом кислорода воды H2O и атомом водорода хлороводорода HCl (по донорно-акцепторному механизму). Таким образом, диполи воды «растаскивают» молекулу хлороводорода на ионы.
Рис. Схема растворения вещества с полярной ковалентной связью на примере хлороводорода
Сольватация
Частицы растворенного вещества взаимодействуют с молекулами растворителя, образуя разной степени прочности продукты переменного состава - сольваты. Сольваты, образованные водой, называются гидратами. Д. И. Менделеевым было установлено, что в водном растворе этилового спирта присутствуют сольваты состава C2H5OH•3H2O. Образованием гидратов объясняется наблюдаемая для водно-спиртовых смесей контракция -- уменьшение суммарного объема водно-спиртового раствора (примерно на 3,5%) по сравнению с суммарным объемом взятых для приготовления воды и спирта. Образование некоторых гидратов сопровождается изменением окраски. Например, при растворении белого безводного сульфата меди в воде появляется голубая окраска, характерная для гидратированных ионов меди. Гидраты катионов являются комплексными катионами - аквакомплексами, в которых роль акцептора электронных пар выполняет ион металла, а роль донора электронной пары - молекулы воды, лиганд. Аквакомплексы различаются координационными числами. Например, в аквакомплексе бериллия [Be(H2O)4]2+ координационное число бериллия равно 4, а в аквакомплексе хрома(III) [Cr(H2O)6]3+ координационное число хрома равно 6. Многие гидраты ионов настолько прочны, что могут быть выделены из раствора в кристаллическом состоянии, например CuSO4•5H2O; CrBr3•6H2O; Na2CO3•10H2O. Экспериментально установлено, что образование сольватов сопровождается выделением теплоты.
Диффузия
Этот процесс приводит в конечном счете к равномерному распределению сольватов в объеме растворителя.
Растворимость вешеств зависит в первую очередь от природы веществ. Еще со времен алхимии используется формула «подобное растворяется в подобном». Ее можно трактовать следующим образом:
Возьмем для примера два растворителя: воду (полярный растворитель) и хлороформ (неполярный растворитель) и два вещества: иодид натрия (как любое вещество ионного строения - полярное) и иод (молекула с неполярной ковалентной связью). Иодид натрия хорошо растворяется в воде и практически не растворяется в хлороформе, в то время как иод очень плохо растворяется в воде и хорошо - в хлороформе.полярные вещества хорошо растворяются в полярных растворителях, а неполярные вещества - в неполлрных растворителях.
Список использованной литературы
- Попков В. А., Пузаков С. А. Общая химия: учебник. - М.: ГЭОТАР-Медия, 2010. - 976 с.: ISBN 978-5-9704-1570-2. [с. 63-65]
