ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Сольватация ионов из "Ионы электроды мембраны" Приготовим очень разбавленный раствор хлорида натрия в воде. По сравнению с температурой исходных кристаллического хлорида натрия и воды (пусть они находятся при одной и той же температуре) температура раствора немного ниже. При растворении того же количества Na l в метаноле раствор охлаждается еще больше. [c.27] Чтобы разобраться в этих явлениях, представим, что процесс растворения включает несколько стадий, на каждой из которых система принимает или отдает определенное количество энергии. В общем случае число таких стадий может быть произвольным, необходимо только, чтобы при этой, по существу термодинамической, процедуре соблюдался закон Гесса. Согласно этому закону, суммарное изменение энергии данной системы не зависит от числа стадий, через которые система проходит от начального до конечного состояния. [c.27] Наконец, ионизированные частицы переносятся из газовой фазы в раствор, где они взаимодействуют, хотя и неодинаково, с диполями растворителя. [c.28] Фактически между газовой фазой и раствором существует некоторая разность электрических потенциалов. [c.28] Все величины с правой стороны этого уравнения, за исключением энергии сольватации АЯро , , положительны (соответствующие им процессы называются эндотермическими, поскольку сопровождаются поглощением энергии). Сумма положительных членов больше абсолютного значения энергии сольватации 1АЯ(, ьв1- Поэтому суммарное изменение энергии при растворении Na l — положительная величина. Это значит, что если в процессе растворения Na l теплота не подводится ст внепшего источника, то температура системы понижается (для растворения используется внутренняя энергия системы). [c.29] Еще один подход к исследованию сольватации заключается в измерении теплоемкости раствора. Кроме других факторов теплоемкость растворителя определяется способностью его молекул перемещаться в объеме растворителя (трансляционное движение), а также их способностью к вращательному и колебательному движению. Ионы, присутствующие в растворе, изменяют подвижность молекул растворителя. Таким образом, сравнивая теплоемкость раствора с теплоемкостью чистого растворителя, можно оценить размер и влияние ионов на структуру растворителя. На основе микроволновых спектров (например, ядерного магнитного резонанса, ЯМР) установлено, что характерные частоты колебаний молекулы воды в растворе электролита и в чистой воде различны. Эти молекулы, очевидно, входят в гидратную оболочку. Степень сольватации иногда характеризуют числом сольватации, т. е. числом молекул растворителя, на которые данный ион оказывает непосредственное влияние. Неудивительно, что три описанных метода (исследование подвижности ионов, теплоемкости растворов и микроволновых спектров растворителя) по-разному оценивают степень сольватации ионов, поскольку в каждом из них учитываются разные физические процессы, в которых проявляется влияние ионов. [c.30] Усредненное во времени распределение заряда в неполярных молекулах с 1мметри 1Ко [С1) однако з любой произво. тын.гй момент времени заряд может быть сдвинут в ту или иную сторону, в результате чего образуются мгновенные диполи (б, в). Вандерваальсовы силы зависят от среднего квадрата дипольного момента (произведение положительного заряда диполя на расстояние между концами диполя), который для всех молекул (или атомов) больше нуля. [c.31] Большие кружки — атомы кислорода, малые — атомы водорода. [c.32] Из неорганических анионов хлорид- и фторид-ионы относятся к структурообразующим, а нитрат- и перхлорат-ионы — к структуроразрушающим. Катионы калия, бромид- и сульфат-анионы не проявляют четко выраженной способности ни того, ни другого типа. [c.34] Как показано выше, сольватация обусловлена прежде всего взаимодействием электрического заряда иона с диполями молекул растворителя. Чем больше диполи молекул растворителя, тем ярче проявляется эффект сольватации. К тому же с увеличением полярности вещества диэлектрическая проницаемость возрастает, что приводит к усилению сольватации ионов. Это становится очевидным уже из сравнения сольватации в воде и в метаноле вода, диэлектрическая проницаемость которой примерно вдвое больше такой для метанола, проявляет значительно сильнее выраженную способность к сольватации. [c.34] Эффект сольватации наблюдается не только для ионов. Полярные группы многих молекул (в органических мо-лекулах, например, —С=0, —N1 , —N62 и т. д.) могут также сольватироваться вследствие диполь-дипольного взаимодействия этих групп с растворителем. Сольватация полярных групп имеет важ юе значение при протекании химических реакций, в которых эти группьГучаствуют. С уменьшением полярности растворителя степень сольватации полярных групп также уменьшается. [c.34] При низких концентрациях бифильная пальмитиновая кислота образует монослои на границе раздела вода — воздух Н, 0, ОС (а). При высоких концентрациях молекулы этого же соединения агрегируют в сферические структуры, мицаллы (б). [c.35] Вернуться к основной статье