매화 용액에서 용질 입자와 용매 사이의 물리적 및 화학적 결합이다. 고체와 용해 된 입자 사이에 열역학적 평형이 없다는 점에서 용해도 개념과 다릅니다.
이 조합은 관중의 관점에서 용해 된 고체가 "사라지는"책임이 있습니다. 실제로 입자는 매우 작아 져 용매 분자 시트에 "포장"되어 관찰이 불가능합니다.
출처 : Gabriel Bolívar
M 입자의 용 매화에 대한 매우 일반적인 스케치가 상단 이미지에 표시됩니다. M은 이온 (M + ) 또는 분자 일 수 있습니다. S는 용매 분자로 액체 상태의 모든 화합물 일 수 있습니다 (기체 일 수도 있음).
M은 6 개의 S 분자로 둘러싸여 있으며, 이는 1 차 용 매화 영역으로 알려진 것을 구성합니다. 더 먼 거리에있는 다른 S 분자는 Van der Waals 힘에 의해 전자와 상호 작용하여 2 차 용 매화 영역을 형성하는 등 어떤 순서가 분명하지 않을 때까지 계속됩니다.
용 매화 과정
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분자 적으로 용 매화 과정은 어떻습니까? 위의 이미지는 필요한 단계를 요약합니다.
파란색 인 용매 분자는 처음에 정렬되어 있으며 모두 서로 상호 작용합니다 (SS). 보라색 용질 입자 (이온 또는 분자)는 강하거나 약한 MM 상호 작용과 동일하게 작용합니다.
용매 화가 발생하려면 용매와 용질이 모두 확장 (두 번째 검은 색 화살표)하여 용질-용매 (MS) 상호 작용을 허용해야합니다.
이것은 반드시 용질-용질 및 용매-용매 상호 작용의 감소를 의미합니다. 에너지가 필요한 감소이므로이 첫 번째 단계는 흡열입니다.
용질과 용매가 분자 적으로 팽창하면 두 공간에서 혼합하고 교환합니다. 두 번째 이미지의 각 보라색 원은 첫 번째 이미지의 원과 비교할 수 있습니다.
입자 순서의 변경은 이미지에서 자세히 설명 할 수 있습니다. 처음에는 주문하고 마지막에는 무질서합니다. 결과적으로 새로운 MS 상호 작용의 형성이 용액의 모든 입자를 안정화하기 때문에 마지막 단계는 발열입니다.
에너지 측면
용 매화 과정 뒤에는 고려해야 할 많은 에너지 측면이 있습니다. 첫째 : SS, MM 및 MS 상호 작용.
MS 상호 작용, 즉 용질과 용매 사이의 상호 작용이 개별 구성 요소의 상호 작용에 비해 훨씬 높을 때 (강하고 안정적) 발열 용 매화 과정을 말합니다. 따라서 에너지는 매체로 방출되며 온도계로 온도 상승을 측정하여 확인할 수 있습니다.
반대로 MM 및 SS 상호 작용이 MS 상호 작용보다 강하다면 "확장"하려면 용매 화가 완료되면 얻는 것보다 더 많은 에너지가 필요합니다.
우리는 흡열 용 매화 과정에 대해 이야기합니다. 이 경우 온도 강하가 기록되거나 동일하게 주변이 냉각됩니다.
용질이 용매에 용해되는지 여부를 결정하는 두 가지 기본 요소가 있습니다. 첫 번째는 방금 설명한 것처럼 용액의 엔탈피 변화 (ΔH dis )이고 두 번째는 용질과 용질 사이의 엔트로피 변화 (ΔS)입니다. 일반적으로 ΔS는 위에서 언급 한 장애의 증가와 관련이 있습니다.
분자간 상호 작용
용 매화는 용질과 용매 사이의 물리적, 화학적 결합의 결과라고 언급되었습니다. 그러나 이러한 상호 작용이나 결합은 정확히 어떤 것입니까?
용질이 이온이라면 M + , 이른바 이온-쌍극자 상호 작용 (M + -S)이 발생합니다 . 분자라면 쌍극자-쌍극자 상호 작용 또는 런던 산란 력이있을 것입니다.
쌍극자-쌍극자 상호 작용에 대해 이야기 할 때 M과 S에 영구 쌍극자 모멘트가 있다고합니다. 따라서 M의 δ- 전자가 풍부한 영역은 S의 δ + 전자가 부족한 영역과 상호 작용합니다.이 모든 결과 상호 작용은 M 주변에 여러 용 매화 구체가 형성되는 것입니다.
또한 다른 유형의 상호 작용이 있습니다. 바로 조정입니다. 여기에서 S 분자는 M과 배위 (또는 dative) 결합을 형성하여 다양한 형상을 형성합니다.
용질과 용매 사이의 친 화성을 기억하고 예측하는 기본 규칙은 다음과 같습니다. like dissolves like. 따라서 극성 물질은 동일한 극성 용매에서 매우 쉽게 용해됩니다. 비극성 물질은 비극성 용매에 용해됩니다.
수화와의 차이점
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용 매화는 수화와 어떻게 다릅니 까? 첫 번째 이미지의 S 분자가 물인 HOH로 대체된다는 점을 제외하고는 두 개의 동일한 프로세스가 있습니다.
위쪽 이미지 에서 6 개의 H 2 O 분자로 둘러싸인 M + 양이온을 볼 수 있습니다 . 산소 원자 (빨간색)는 양전하를 향하고 있습니다. 둘 다 가장 높은 음의 밀도 δ-를 갖습니다.
첫 번째 수화 구체 뒤에는 다른 물 분자가 수소 결합 (OH 2 -OH 2 ) 으로 그룹화됩니다 . 이것은 이온-쌍극자 상호 작용입니다. 그러나 물 분자는 특히 금속 인 경우 양의 중심과 배위 결합을 형성 할 수 있습니다.
따라서 유명한 물 복합체 인 M (OH 2 ) n 은 . 이미지에서 n = 6이므로 6 개의 분자는 배위 팔면체 (수화의 내부 구체)에서 M 주위로 배향됩니다. M + 의 크기, 전하의 크기 및 전자적 가용성에 따라이 구체는 더 작거나 클 수 있습니다.
물은 아마도 가장 놀라운 용 매일 것입니다. 그것은 측정 할 수없는 양의 용질을 용해시키고 용매의 극성이 너무 높으며 비정상적으로 높은 유전 상수 (78.5 K)를 가지고 있습니다.
예
물에서의 용 매화의 세 가지 예가 아래에 언급되어 있습니다.
염화칼슘
CA로 물에 칼슘 클로라이드를 용해함으로써 열 방출 2+ 양이온 과 CL - 음이온 화물 . Ca 2+ 는 6 개 이상의 물 분자 (Ca 2+ -OH 2 ) 로 둘러싸여 있습니다.
마찬가지로, CL은 - 수소 원자, 물의 δ + 영역에 의해 둘러싸인 (CL - - H 2 O). 방출 된 열은 얼음 덩어리를 녹이는 데 사용할 수 있습니다.
요소
요소의 경우 H 2 N – CO – NH 2 구조를 가진 유기 분자입니다 . 용매 화되면 H 2 O 분자 는 두 개의 아미노 그룹 (-NH 2 -OH 2 ) 및 카르 보닐 그룹 (C = O-H 2 O) 과 수소 결합을 형성 합니다. 이러한 상호 작용은 물에 대한 큰 용해도에 대한 책임이 있습니다.
마찬가지로 용해는 흡열 성입니다. 즉, 추가되는 물통을 냉각시킵니다.
질산 암모늄
요소와 같은 질산 암모늄은 이온의 용 매화 후 용액을 냉각시키는 용질입니다. NH 4 + 는 Ca 2+ 와 유사한 방식으로 용 매화 되지만 아마도 사면체 기하학 때문에 주변에 H 2 O 분자가 더 적습니다 . 및 NO 3 - CL과 동일한 방식으로 용해되어 - (OH 2 -O 2 NO-H 2 O) 음이온 .
참고 문헌
- Glasstone S. (1970). 화학 및 물리학 조약. Aguilar, SA, 마드리드, 스페인.
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. 화학. (8 판). CENGAGE 학습.
- Ira N. Levine. (2014). 물리 화학의 원리. 여섯 번째 판. Mc Graw Hill.
- Chemicool 사전. (2017). Solvation의 정의. 출처 : chemicool.com
- Belford R. (nd). 용 매화 과정. 화학 LibreTexts. 출처 : chem.libretexts.org
- Wikipedia. (2018). Solvation. 출처 : en.wikipedia.org
- Hardinger A. Steven. (2017). 유기 화학 용어 설명 : 용 매화. 출처 : chem.ucla.edu
- 서핑 구피. (sf). 해결의 과정. 출처 : surfguppy.com