Kjemi - Del 1 - Stoff og partikler (Kan 2024)
Tilknyttede og solvatiserte løsninger
For de løsningene der det er sterke intermolekylære krefter på grunn av store dipolmomenter, hydrogenbinding eller kompleks dannelse, kan ikke ligninger basert på grunnleggende molekylære teorier brukes, men det er ofte nyttig å bruke en kjemisk behandling - dvs. for å beskrive væsken blanding når det gjelder assosiasjon og oppløsning, ved å anta eksistensen av en rekke forskjellige kjemiske arter i kjemisk likevekt med hverandre. For eksempel er det mye eksperimentelt bevis for assosiasjon i eddiksyre, der de fleste molekyler dimeriserer; dvs. to enkle eddiksyre-molekyler, kalt monomerer, kombineres for å danne et nytt molekyl, kalt en dimer, gjennom hydrogenbinding. Når eddiksyre er oppløst i et løsningsmiddel som benzen, avhenger dimeriseringsgraden av eddiksyre av temperaturen og av den totale konsentrasjonen av eddiksyre i oppløsningen. En fluktende tendens (damptrykk) til en monomer er mye større enn den for en dimer, og det er således mulig å forklare variasjonen av aktivitetskoeffisient med sammensetning for eddiksyre i benzen; aktivitetskoeffisienten av eddiksyre i et overskudd av benzen er stor fordi, under disse forholdene, eddiksyre primært er i monomer tilstand, mens ren eddiksyre nesten er dimerisert. I eddiksyre-benzen-systemet produserer forening av eddiksyre-molekyler positive avvik fra Raoults lov.
Når et løsningsmiddel og et oppløst molekyl kobles sammen med svake bindinger, kalles prosessen solvasjon. For eksempel, i systemet aceton-kloroform, dannes en hydrogenbinding mellom hydrogenatomet i kloroform og oksygenatomet i aceton. I dette tilfellet deprimerer hydrogenbinding de rømmingstendensene til begge komponentene og gir negative avvik fra Raoults lov.
Mens hydrogenbinding ofte oppstår i løsninger, er det mange andre eksempler på svak dannelse av kjemisk binding mellom forskjellige molekyler. Dannelsen av slike svake bindinger kalles sammensatt dannelse - det vil si dannelse av en ny kjemisk art, kalt et kompleks, som holdes sammen av svake krefter som er kjemiske i stedet for fysiske. Slike komplekser finnes vanligvis bare i løsning; på grunn av deres lave stabilitet, kan de ikke generelt isoleres. Molekylers evne til å danne komplekser har en sterk effekt på løsningsatferd. For eksempel kan løseligheten for en sparsomt løselig art økes mye ved kompleks dannelse: løseligheten av sølvklorid i vann er ekstremt liten siden sølvklorid bare dissosierer til sølvion og kloridion; imidlertid, når en liten mengde av ammoniakk tilsettes, øker oppløseligheten drastisk på grunn av reaksjonen av seks molekyler av ammoniakk med et sølvion under dannelse av det komplekse ion Ag (NH 3) 6 +. Ved å binde opp sølvioner og tvinge omfattende dissosiasjon av molekylært sølvklorid, drar ammoniakken sølvklorid til en vandig løsning.
De siste årene har det vært stor interesse for bruk av datamaskiner for å generere teoretiske uttrykk for aktivitetskoeffisientene til løsninger. I mange tilfeller har beregningene blitt begrenset til modellsystemer, spesielt til blandinger av hardkule (tenkt som biljardkuler) molekyler - dvs. idealiserte molekyler som har endelig størrelse, men ingen tiltrekningskrefter. Disse beregningene har gitt en bedre forståelse av strukturen til enkle væskeløsninger siden måten ikke-polare og ikke-hydrogenbindende molekyler arrangerer seg i rommet først og fremst bestemmes av deres størrelse og form og bare sekundært av deres attraktive intermolekylære krefter. Resultatene oppnådd for hardkule-molekyler kan utvides til virkelige molekyler ved å anvende korreksjoner som er nødvendige for attraktive krefter og for "mykheten" av molekylene - dvs. molekylenes evne til å interpenetrere (overlappe) ved høye temperaturer. Selv om praktiske resultater fortsatt er sterkt begrenset, og mens mengden nødvendig datamaskinberegning er stor selv for enkle binære systemer, er det god grunn til å tro at fremskritt i løsningensteorien i økende grad vil avhenge av datastyrte, i motsetning til analytiske modeller.
