Wie hängt die molekulare Polarität mit der Löslichkeit zusammen?
Antworten:
Die schnelle Antwort lautet: "Gefällt mir löst sich so auf".
Erläuterung:
Warum ist das so?
Polare Substanzen neigen dazu, sich in polaren Lösungsmitteln zu lösen, und unpolare Substanzen lösen sich in unpolaren Lösungsmitteln.
Wenn eine gelöster Stoff löst sich in a Lösungsmittel Die einzelnen Partikel des gelösten Stoffes trennen sich von ihren Nachbarn und bewegen sich zwischen den Räumen der Lösungsmittelpartikel.
Die Lösungsmittelpartikel kollidieren mit den gelösten Partikeln und den intermolekulare Anziehungskräfte zwischen gelösten und löslichen Teilchen "halten" die gelösten Teilchen in den Räumen.
Der Auflösungsprozess besteht aus drei Schritten:
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Die Lösungsmittelpartikel müssen sich auseinander bewegen, um Platz für gelöste Partikel zu schaffen. Dieser Prozess erfordert Energie, um die Anziehungskräfte zwischen den Lösungsmittelpartikeln zu überwinden. Dieser Schritt ist endotherm.
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Die gelösten Partikel müssen sich von ihren Nachbarn trennen. Dieser Prozess erfordert auch Energie, um die Anziehungskräfte zwischen den gelösten Partikeln zu überwinden. Dieser Schritt ist endotherm.
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Wenn sich die gelösten Partikel zwischen den Lösungsmittelpartikeln bewegen, wird die intermolekulare Anziehungskräfte zwischen gelöstem und lösungsmittel greifen und die partikel "schnappen" zurück und rücken näher. Dieser Prozess setzt Energie frei. Dieser letzte Schritt ist exotherm.
Betrachten Sie den Prozess des Auflösens eines Salzkristalls (#"NaCl"#) im Wasser.
Ein Natriumkristall besteht aus einer Reihe von Natriumionen (gelb) und Chloridionen (grün).
Wasser ist ein polares Lösungsmittel: das #"O"# Ende hat eine teilweise negative (#δ^-#) aufladen, und die #"H"# Enden haben #δ^+# Gebühren.
Wenn Sie das Salz in Wasser legen, wird die #δ^+# Enden der Wassermoleküle umgeben die #"Cl"^-# Ionen aus dem #"NaCl"#Und die #δ^-# Wasserenden umgeben die #"Na"^+# Ionen der #"NaCl"#.
Die Ionen werden solvatisiert (hydratisiert).
Dies ist ein Energiefreisetzungsprozess.
Dann endet das positive und das negative Ende des #"H"_2"O"# das sind nicht die umgebung #"NaCl"# Ionen ziehen sich gegenseitig an und halten alles in einem dreidimensionalen H-Kleben Netzwerk.
Die #"NaCl"# löst sich auf, weil Sie mehr Energie aus der Hydratation des #"Na"^+# und #"Cl"^-# Ionen als nötig, um die Ionen von der Oberfläche des Kristalls zu entfernen.
Was ist, wenn Sie eine polare Flüssigkeit wie Ethanol haben, #"C"_2"H"_5"OH"#?
Wird es sich in Wasser auflösen?
Die Ethanolmoleküle werden durch H-Bindung voneinander angezogen.
Und die Wassermoleküle werden durch H-Bindung voneinander angezogen.
Wenn Sie Ethanol vorsichtig zu Wasser geben, erhalten Sie möglicherweise zwei Schichten, in denen sich das weniger dichte Ethanol oben befindet.
An der Grenzfläche zwischen den Schichten können die Ethanolmoleküle eine H-Bindung zum Wasser eingehen, und die Wassermoleküle können eine H-Bindung zum Ethanol eingehen.
Da die Anziehungskräfte zwischen den Molekülen ähnlich sind, können sich die Moleküle frei miteinander vermischen.
Wasser und Ethanol sind in allen Anteilen mischbar.
Alles, was es braucht, ist ein sanfter Wirbel, und wir haben eine homogene Mischung (eine Lösung) der beiden Substanzen.
Was ist, wenn Sie eine unpolare Substanz wie Hexan haben?
Wird es sich in Wasser auflösen?
Wenn wir Hexan zu Wasser geben, schwimmt das Hexan ohne erkennbares Mischen auf dem Wasser.
Die Anziehungskräfte unter den Hexanmolekülen sind die relativ schwachen Londoner Dispersionskräfte.
Die Anziehungskräfte unter den Wassermolekülen sind die relativ starken H-Bindungen.
Die einzigen anziehenden Kräfte unter den Hexan- und Wassermolekülen sind die Londoner Kräfte.
So gelangen einige Hexanmoleküle in die Wasserschicht, aber die starken Anziehungskräfte zwischen den Wassermolekülen halten die meisten Hexanmoleküle fern.
In ähnlicher Weise dringen aufgrund der Wasser-Hexan-Londoner Kräfte einige Wassermoleküle in die Hexanschicht ein.
Wasser und Hexan sind nicht mischbar. Sie lösen sich nicht ineinander auf.
Schließlich werden sich unpolare Substanzen wie Hexan und Pentan ineinander lösen?
Die Anziehungskräfte sowohl der Hexan- als auch der Pentanmoleküle sind die relativ schwachen Londoner Dispersionskräfte.
Es gibt wenig Widerstand gegen ein Molekül einer Verbindung, das sich in die andere Schicht bewegt.
Wenn sich die unpolaren Pentanmoleküle in das unpolare Hexan bewegen, werden Londoner Kräfte zwischen den Hexanmolekülen unterbrochen, aber neue Londoner Kräfte werden zwischen Hexan- und Pentanmolekülen gebildet.
Weil die Moleküle so ähnlich sind, sind die Struktur der Lösung und die Stärken der Anziehungskräfte zwischen den Partikeln der Struktur und den Anziehungskräften in den getrennten Flüssigkeiten sehr ähnlich.
Wenn sich diese Eigenschaften in der Lösung nicht wesentlich von denen in den getrennten Flüssigkeiten unterscheiden, ist es weitgehend die natürliche Tendenz eines Systems zu einer erhöhten Störung (größere Entropie), die sie in die Lösung treibt.
Somit beeinflusst die Polarität die Löslichkeit.
Wenn gelöster Stoff und Lösungsmittel ungefähr die gleiche Polarität haben, bilden sie wahrscheinlich eine Lösung.
"Gleiches löst Gleiches": Polare gelöste Stoffe lösen sich in polaren Lösungsmitteln; unpolare gelöste Stoffe lösen sich in unpolaren Lösungsmitteln.