Starile Materiei - De Ce Este Apa Lichida ? (Mai 2024)
Soluții asociate și solvate
Pentru acele soluții în care există forțe intermoleculare puternice datorită unor momente dipolice mari, legăturii de hidrogen sau formării complexe, ecuațiile bazate pe teoria moleculară fundamentală nu pot fi aplicate, dar este frecvent utilizat un tratament chimic - adică pentru a descrie lichidul amestec în termeni de asociere și solvare, presupunând existența unei varietăți de specii chimice distincte în echilibru chimic unul cu altul. De exemplu, există multe dovezi experimentale pentru asocierea în acid acetic, în care majoritatea moleculelor dimerizează; adică, două molecule unice de acid acetic, numite monomeri, se combină pentru a forma o nouă moleculă, numită dimer, prin legarea hidrogenului. Când acidul acetic este dizolvat într-un solvent cum ar fi benzenul, gradul de dimerizare a acidului acetic depinde de temperatură și de concentrația totală de acid acetic din soluție. Tendința de evadare (presiunea de vapori) a unui monomer este mult mai mare decât cea a unui dimer și, astfel, este posibilă explicarea variației coeficientului de activitate cu compoziția acidului acetic din benzen; coeficientul de activitate al acidului acetic într-un exces de benzen este mare deoarece, în aceste condiții, acidul acetic se află în primul rând în starea monomerică, în timp ce acidul acetic pur este dimerizat aproape complet. În sistemul acid acetic-benzen, asocierea moleculelor de acid acetic produce abateri pozitive de la legea lui Raoult.
Când un solvent și o moleculă de solut se leagă împreună cu legături slabe, procedeul se numește solvare. De exemplu, în sistem acetona-cloroform, se formează o legătură de hidrogen între atomul de hidrogen din cloroform și atomul de oxigen din acetonă. În acest caz, lipirea de hidrogen deprimă tendințele de evadare ale ambelor componente, producând abateri negative de la legea lui Raoult.
În timp ce legătura cu hidrogenul este frecvent întâlnită în soluții, există multe alte exemple de formare a legăturilor chimice slabe între moleculele diferite. Formarea unor astfel de legături slabe se numește formare complexă - adică formarea unei noi specii chimice, numită complex, care este ținută împreună de forțe slabe care sunt de natură chimică, mai degrabă decât fizice. Astfel de complexe există de obicei numai în soluție; din cauza stabilității lor scăzute, în general nu pot fi izolate. Capacitatea moleculelor de a forma complexe are un efect puternic asupra comportamentului soluției. De exemplu, solubilitatea unei specii puțin solubile poate fi mult crescută prin formarea complexă: solubilitatea clorurii de argint în apă este extrem de mică, deoarece clorura de argint se disociază doar ușor cu ionul de argint și ionul de clorură; cu toate acestea, atunci când se adaugă o cantitate mică de amoniac, solubilitatea crește dramatic datorită reacției a șase molecule de amoniac cu un ion de argint pentru a forma ionul complex Ag (NH 3) 6 +. Prin legarea ionilor de argint și forțarea disocierii extinse a clorurii de argint molecular, amoniacul trage clorura de argint într-o soluție apoasă.
În ultimii ani a existat mult interes în utilizarea calculatoarelor pentru a genera expresii teoretice pentru coeficienții de activitate ai soluțiilor. În multe cazuri, calculele au fost limitate la sisteme model, în special la amestecuri de molecule cu sfere dure (prevăzute ca bile de biliard) - adică molecule idealizate care au dimensiuni finite, dar fără forțe de atracție. Aceste calcule au produs o mai bună înțelegere a structurii soluțiilor lichide simple, deoarece modul în care moleculele nepolare și non-hidrogenice se aranjează în spațiu este determinat în primul rând de mărimea și forma lor și numai secundar de forțele lor intermoleculare atractive. Rezultatele obținute pentru moleculele cu sferă dura pot fi extinse la molecule reale, aplicând corecțiile necesare forțelor atractive și pentru „moliciunea” moleculelor - adică, capacitatea moleculelor de a se interpeta (se suprapun) la temperaturi ridicate. Deși rezultatele practice sunt încă foarte limitate și în timp ce cantitatea de calcul necesară este mare chiar și pentru sisteme binare simple, există motive întemeiate să credem că progresele în teoria soluției vor depinde tot mai mult de modele computerizate, spre deosebire de cele analitice.
