Solwat jest zjawisko fizyko-chemicznymi obserwowanymi w rozwiązaniu z substancji chemicznej w rozpuszczalniku .
Podczas wprowadzania substancji chemicznej początkowo w stanie stałym (w postaci krystalicznej lub amorficznej ), cieczy lub gazu w rozpuszczalniku, atomy , jony lub cząsteczki substancji chemicznych rozpraszają się w roztworze i oddziałują z cząsteczkami rozpuszczalnika. Ta interakcja nazywa się solwatacją. Jest to o różnej natury w zależności od substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika i obejmuje zjawisk jak różne interakcje jonowe-dipol (rozpuszczonej: Na + , rozpuszczalnik A: woda ), wiązania wodorowe ( alkoholu substancji rozpuszczanej , rozpuszczalnika wody) lub , van der Waalsa ( metan rozpuszczony , rozpuszczalnik cykloheksanowy ).
Gdy substancja rozpuszczona znajduje się w fazie skondensowanej (ciekłej lub stałej), solwatacja wchodzi w bilans energetyczny, który obejmuje oddzielenie cząsteczek lub jonów w substancji rozpuszczonej przed jej rozproszeniem w rozpuszczalniku. Substancja rozpuszczona rozpuszcza się tylko wtedy, gdy interakcje substancja rozpuszczona-rozpuszczalnik kompensują utratę interakcji substancji rozpuszczonej-substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnik-rozpuszczalnik w wyniku rozpuszczania:
Aby nastąpiło rozpuszczenie, cząsteczki rozpuszczalnika muszą mieć wystarczające powinowactwo z cząsteczkami substancji rozpuszczonej.
Z mikroskopowego punktu widzenia, jeśli cząsteczki rozpuszczalnika otaczają substancję rozpuszczoną, dzieje się tak, ponieważ oddziaływania rozpuszczalnik-substancja rozpuszczona są wystarczająco stabilne. Ta organizacja cząsteczki substancji rozpuszczonej otoczonej cząsteczkami rozpuszczalnika uczestniczy w strukturyzowaniu roztworu.
Z makroskopowego punktu widzenia rozpuszczanie obejmuje dwa rodzaje energii:
Składnik entalpii skutkuje ciepłem rozpuszczania, a entalpia bardziej równowaga entropiczna daje w wyniku swobodną entalpię rozpuszczania, to znaczy rozpuszczalność, a zatem większą lub mniejszą ilość substancji rozpuszczonej, którą można rozpuścić.
Rozważ przypadek, w którym substancja rozpuszczona jest jonowym ciałem stałym przed rozpuszczeniem.
Solwatacja ugrupowań zależy od rodzaju rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej: z reguły związek polarny będzie bardzo dobrze solwatowany w rozpuszczalniku polarnym , podczas gdy związek niepolarny będzie lepiej solwatowany w rozpuszczalniku niepolarnym.
Solwatacja w wodzie nazywana jest „ hydratacją ”.
Solwatowany jon (lub cząsteczka) jest otoczony cząsteczkami rozpuszczalnika, które są z nim bezpośrednio związane, które są zorientowane (w przypadku interakcji jon-dipol) i które wymieniają się tylko powoli z cząsteczkami zewnętrznymi względem niego. Ta pierwsza sfera solwatacji .
Ta pierwsza sfera jest otoczona przez inne cząsteczki rozpuszczalnika, które nie są bezpośrednio związane z jonem, które są słabo zorientowane, które szybko wymieniają się z cząsteczkami rozpuszczalnika z reszty roztworu i które wymieniają się powoli z cząsteczkami rozpuszczalnika. .
Reszta roztworu składa się z cząsteczek rozpuszczalnika, które są w takim samym stanie, jak w przypadku braku substancji rozpuszczonej. Literatura anglosaska nazywa te cząsteczki masą .
Jeśli taka struktura roztworu jest wspólna dla różnych rozpuszczalników i substancji rozpuszczonych, liczba cząsteczek rozpuszczalnika w każdej sferze solwatacyjnej jest specyficzna dla każdego typu roztworu.
Liczba solwatacji to liczba (bez jednostek) cząsteczek pierwszej sfery solwatacyjnej lub, w zależności od przypadku, całkowita liczba cząsteczek rozpuszczalnika w dwóch warstwach solwatacji. Liczba solwatacji w pierwszej sferze jest pojęciem dość łatwym do zdefiniowania, biorąc pod uwagę stabilność oddziaływań rozpuszczalnik-substancja rozpuszczona. W przypadku aquacomplex, liczba ta jest koordynacja z tym centralnym kationem . Jest to 6 dla dużej liczby jonów, w szczególności dla wszystkich jonów przejściowych. W przypadku małych alkaliów jest to mniej, do 4 w przypadku litowo- jonowego Li + .
Całkowita liczba solwatacji, w tym cząsteczki rozpuszczalnika drugiej sfery solwatacyjnej, jest trudniejsza do zdefiniowania. Najczęściej definiuje ją metoda zastosowana do jej pomiaru. Ta dysproporcja, która w pierwszej instancji może wydawać się niepokojąca, w rzeczywistości odzwierciedla wagę pojęcia liczby solwatacji w różnych sytuacjach.
Metody określania liczb solwatacji są tak zróżnicowane, jak:
Liczby solwatacji przez cząsteczki wody w pierwszej sferze są następujące (oznaczenie metodą dyfrakcji rentgenowskiej lub neutronowej, wartości mogą być zależne od temperatury):
Jeśli cząsteczka lub jon substancji rozpuszczonej zostanie znaleziony na powierzchni cieczy, nie będzie miał dostępnej całej swojej „osłony” cząsteczek rozpuszczalnika. Z termochemicznego punktu widzenia jego energia będzie wyższa: cząsteczka (lub jon) będzie tylko częściowo solwatowana. Dlatego skrajna powierzchnia roztworu - pierwsze warstwy molekularne - składa się z prawie czystego rozpuszczalnika.
Solwatowany gatunek jest otoczony warstwą cząsteczek rozpuszczalnika. Gatunek solwatowany jest zatem większy niż sam gatunek, dlatego jego ruchliwość jest mniejsza.
Ta sfera solwatacji jest tym większa, ponieważ jon jest mały. Zatem efektywna objętość jonu Na + w wodzie (tj. Objętość jonu i jego sfery solwatacji) jest większa niż jonu K + , który ma jednak większy promień jonowy.