Які фактори описують, чому іонні сполуки є розчинними у будь-якому полярному розчиннику?

Іонні сполуки не завжди розчинні в будь-якому полярному розчиннику. Це залежить від розчинника (якщо це вода або інший менш полярний розчинник), чи є вони розчинними чи ні.

Крім того, іонні сполуки, що складаються з іонів малого розміру, та / або іонів з подвійним або потрійним зарядом і катіонів з аналогічними розмірами до аніону, часто нерозчинні у воді.

Коли трапляється, що іонні сполуки дійсно розчиняються у полярному розчиннику, як вода, це варто пояснити, оскільки електростатичне притягання між позитивними і негативними іонами настільки сильне, що проста іонна сполука як кухонна сіль вимагає температури 801 ° C. щоб розплавитися.

Висока енергозабезпечення необхідна для демонтажу іонної решітки, що називається ентальпія решітки. Ця енергетична "оплата" частково компенсується енергетичним "виграшем", обумовленим ентальпія сольватації, що виникає в результаті тяжіння між кожним іоном і багатьма молекулами розчинника, які можуть оточувати його своїми протилежними полярностями.

A сольватированний іон може бути оточений кількома оболонками молекул розчинника, залежно від його заряду і розміру (якщо "оголений іон" має високий заряд і малий розмір, він буде нести більше "хмари" молекул розчинника).

Більшість іонних речовин розчиняються у воді ендотермічно, тобто спонтанно вираховують теплову енергію з розчинника і навколишнього середовища. Це свідчить про те, що ентальпія решітки вище ентальпії сольватації.

Таким чином, другий вирішальний фактор необхідний для пояснення розчинності іонних речовин і відповіді на запитання. Це статистичний чи "ентропічний факторЗа допомогою розчинення речовини відбувається збільшення ентропії або "випадковості" руху, енергій, положень, що обумовлено переходом від дуже впорядкованої структури твердої решітки до невпорядкованої структури типу газу - розчину. Структура суміші має більш високу статистичну ймовірність (виміряна кількістю еквівалентних конфігурацій або "микросостояний", що відповідають тому ж "змішаному" макросостоянию), ніж незмішані макросостояния.

Завжди відбувається збільшення ентропії, кожен раз, коли тверда речовина кристала розчиняється в розчиннику, і це той самий вид улюбленого процесу, який відбувається з випаровуванням, сублімацією або дифузією.

Іонна сполука в кінцевому підсумку розчиняється в розчиннику, якщо внесок ентропії є достатнім для компенсації втрат ентальпії, що супроводжується розчиненням.

Це можна кількісно перевести в критерій спонтанного розчинення:# Delta_sG #, тобто зміна вільної енергії, або потенціал Гіббса, G = (H-TS), для процесу розрідження, має бути негативним ". У формулах:

#Delta_sG = Delta_lH - TDelta_hS <0 #

де # Delta_lH # - ентальпія решітки, позитивна; # Delta_hS # - різниця ентропії сольватації, і вона перетворюється в енергетичні розміри шляхом множення абсолютної температури T. Внесок ентропії # -TDelta_hS # є сприятливим (негативним) до розчинення, так як температура висока. Таким чином, найбільш звичайною поведінкою іонних сполук є підвищення розчинності при підвищенні температури.

І навпаки, ті сполуки, які розчиняють себе екзотермічно (#Delta_lH <0 #) характеризуються энтальпией сольватації, що перевищує ентальпію решітки, і є дуже розчинними навіть при низькій температурі.