Những yếu tố nào mô tả tại sao các hợp chất ion được cho là hòa tan trong bất kỳ dung môi phân cực nào?

Các hợp chất ion không phải luôn luôn hòa tan trong bất kỳ dung môi phân cực. Nó phụ thuộc vào dung môi (nếu là nước hoặc dung môi ít phân cực khác) xem chúng có hòa tan hay không.

Ngoài ra, các hợp chất ion cấu thành bởi các ion kích thước nhỏ và / hoặc các ion có điện tích gấp đôi hoặc gấp ba và các cation có kích thước tương tự anion, thường không tan trong nước.

Khi xảy ra trường hợp các hợp chất ion thực sự hòa tan trong dung môi phân cực như nước, điều này đáng để giải thích, bởi vì lực hút tĩnh điện giữa các ion dương và ion mạnh đến mức một hợp chất ion đơn giản như muối ăn cần nhiệt độ 801 ° C để được tan chảy.

Một nguồn cung cấp năng lượng cao là cần thiết để phá hủy mạng ion, được gọi là mạng entanpy. "Khoản thanh toán" đầy năng lượng này được bù đắp một phần bằng năng lượng "thu được" do sự hòa tan entanpy, kết quả từ sự hấp dẫn giữa mọi ion và nhiều phân tử dung môi có thể bao quanh nó với các cực đối diện của chúng.

Một ion hòa tan có thể được bao quanh bởi một số vỏ phân tử dung môi, tùy thuộc vào điện tích và kích thước của nó (nếu "ion trần" có điện tích cao và kích thước nhỏ, nó sẽ mang một "đám mây" phân tử dung môi lớn hơn).

Phần lớn các chất ion được hòa tan trong nước một cách nhiệt động, tức là bằng cách trừ đi năng lượng nhiệt tự nhiên từ dung môi và môi trường. Đây là một bằng chứng cho thấy entanpy mạng cao hơn entanpy hòa tan.

Vì vậy, một yếu tố quyết định thứ hai là cần thiết để giải thích khả năng hòa tan của các chất ion và để trả lời câu hỏi. Đây là số liệu thống kê hoặc "yếu tố entropic". Bằng cách hòa tan chất, có sự gia tăng entropy hoặc" tính ngẫu nhiên "của chuyển động, năng lượng, vị trí, đó là do sự chuyển từ cấu trúc rất trật tự của mạng tinh thể, sang cấu trúc loại khí - bị rối loạn - của giải pháp Cấu trúc của hỗn hợp có xác suất thống kê cao hơn (được đo bằng số lượng cấu hình tương đương hoặc "microstate" tương ứng với cùng loại "macrostate" hỗn hợp) so với macrostate không trộn lẫn.

Luôn luôn có sự gia tăng entropy, mỗi khi chất rắn kết tinh hòa tan trong dung môi, và đó là cùng một quá trình được ưa chuộng xảy ra với sự bay hơi, thăng hoa hoặc khuếch tán.

Hợp chất ion cuối cùng sẽ hòa tan trong dung môi nếu đóng góp entropy đủ để bù lại tổn thất entanpi đi kèm với sự hòa tan.

Điều này có thể được dịch một cách định lượng theo tiêu chí giải thể tự phát: "# Delta_sG #, đó là sự biến đổi của năng lượng tự do, hoặc tiềm năng Gibbs, G = (H-TS), đối với quá trình giải thể, nên âm ". Trong các công thức:

#Delta_sG = Delta_lH - TDelta_hS <0 #

Ở đâu # Delta_lH # là mạng entanpy, dương; # Delta_hS # là chênh lệch entropy hòa tan và được chuyển đổi theo kích thước năng lượng bằng cách nhân nhiệt độ tuyệt đối T. Đóng góp entropy # -TDelta_hS # Là thuận lợi (tiêu cực) để hòa tan càng nhiều nhiệt độ cao. Do đó, hành vi thông thường nhất đối với các hợp chất ion là trở nên hòa tan hơn khi nhiệt độ tăng.

Ngược lại, những hợp chất tự hòa tan (#Delta_lH <0 #) được đặc trưng bởi một entanpy hòa tan vượt quá entanpy mạng và rất hòa tan ngay cả ở nhiệt độ thấp.