|
 |
|
Pozdrav!
Profesoricu zanima (i mene), kakva je eksplanacija za (ne)otapanje različitih soli u vodi.
Na primer, CaSO4 nije topan u vodi, ali Ca(NO3)2 ili Na2SO4 sta topna.
Znaći, kakva je mikroskopska eksplanacija za ove stvari.
Znam da je ovo vrlo vrlo teško pitanje, ali kod vas nikad se ne zna; do sada bili ste kao neka božanstva u kemiji, koji znaju sve!
Pozdrav, M.
|
|
Ime i prezime:
Michel Adamič
ada.mic94@gmail.com
|
 |
 |
Daleko smo mi od božanstava, barem za sebe znam da mi uglavnom skoro ništa nije jasno. Srećom, pitanje nije tako komplicirano kako se možda na prvi pogled čini. Pokušat ću pokriti one bitnije detalje, a ako nešto zaboravim ili nejasno napišem, svakako me upozori.
Na topljivosti pojedinih spojeva u vodi utječe nekolicina faktora koji se mogu podijeliti na entalpijske i entropijske. U prvu grupu spadaju entalpija kristalne rešetke spoja, energije solvatacije anionâ i kationâ te entalpije interakcija među molekulama otapala, a u drugu promjene entropije zbog razaranja kristalne rešetke i preslagivanjâ molekula otapala kako bi se otopljene tvari mogle smjestiti među njih.
Entalpijski faktori mogu se ugrubo gledati kao energije raznih interakcija. U kristalu su ioni međusobno povezani Coulombovim silama, a energija rešetke znatno ovisi i o tomu kakav je odnos veličina ionâ te kako se oni međusobno slažu. Općenito vrijedi da će se ioni sličnih veličina bolje slagati odnosno tvoriti stabilnije kristalne rešetke. Otapanjem se kristalna rešetka razbija za što treba uložiti prilično energije (to više što je rešetka stabilnija). Kompenzacija dolazi od energije hidratacije. Za nju ugrubo vrijedi da će se male i nabijene čestice radije vezati za vodu i k tomu još nakupljati oko sebe dodatne gomile molekula vode. Kod otapalâ pak, barem u slučaju vode, situacija nije bitno drugačija prije i poslije otapanja: molekule su povezane gomilom vodikovih veza.
Entropijske faktore je pak nešto lakše vezati za strukturu otapala. Razbijanjem kristalne rešetke ugrubo se svim kristalnim tvarima zbude isto: lijepo uređeni složaj razleti se u potpuni nered pa međusobne razlike nisu pretjerane. S otapalom je pak drugačije. Iako sasvim lijepo teče, voda ipak ima nekakvu strukturu Konkretno, u njoj se mogu prepoznati uređeni dijelovi od po nekoliko stotina molekula vode između kojih se nalaze segmenti u kojima molekule stoje razmjerno neuređeno. Tu treba dodati da te zone nisu baš dugoživuće, već se sve potpuno pregrupira već u pikosekundama, ostavljajući tek statistiku za sobom.
S dodatkom ionâ u vodu, zbivaju se promjene. Molekule vode nisu ravnodušne prema tim posjetiocima i, ovisno o njihovim svojstvima, nekako će se oko njih rasporediti. Ako mogu tvoriti nekakve interakcije (koordinacija kationâ ili vodikove veze), kao što je to slučaj za većinu jednostavnih čestica, stvarat će se oko njih hidratacijske sfere kako je već prije opisano. Te će sfere biti manje ili veće što će direktno utjecati na entropiju otapala. Ogromne hidratacijske sfere kakve imaju mali, nabijeni kationi poput litijevih ili aluminijevih umanjit će udio strukturirane vode i tako povećati entropiju. Manje nabijeni kationi imat će sličan efekt, samo manji. Čestice koje ne prave interakcije s vodom uglavnom će se "gnijezditi" između strukturiranih zone i tako tjerati neuređene molekule vode k redu, smanjujući tako ukupnu entropiju.
S tako zadanim skupom faktora možemo prijeći na same soli. U slučaju kalcijevog sulfata (koji nije baš posve netopljiv u vodi, dade ga se čak prekristalizirati) imamo razmjerno velike katione i anione ne odveć golemih naboja. To znači da neće pretjerano remetiti strukturu vode pa će entropijski doprinosi biti razmjerno mali. S druge strane, rešetka kalcijevog sulfata prilično je stabilna budući da kalcijevi ioni nisu drastično manji od sulfatnih. Pogledaš li situaciju s ostalim sulfatima alkalijskih metala, izgledat će sve smislenije. Anion je cijelo vrijeme isti pa se možemo usredotočiti na katione. Idući odozgo prema dolje, kationi su sve veći dok im naboj ostaje isti. Poradi toga, rešetke s anionom iste veličine sve su stabilnije, a entropijski doprinosi sve manji, što se na kraju odražava i na topljivostima. Magnezijev sulfat je prilično topljiv u vodi, dok je barijev praktički netopljiv. Slične analogije mogu se povlačiti i na drugim grupama spojeva, a mogu se slagati čak i tablice topljivostî temeljem ovakvih razmatranja, premda ne sasvim pouzdane. Dodao bih samo još to da soli malih kationa i velikih aniona imaju sklonost tvoriti hidrate.
Pozdrav, |
|
|
Odgovorio:
Ivica Cvrtila
icvrtila@chem.pmf.hr
<-- Povratak
|
|
|
Postavite
pitanje iz bilo kojeg područja kemije i
e-škola će osigurati da dobijete odgovor od kompetentnog znanstvenika. |
  |
|
