Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

ПОВЕДЕНИЕ РАСТВОРЕННОГО ВЕЩЕСТВА В РАСТВОРИТЕЛЯХ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ

Б.Б. Танганов

В растворах электролитов протекают сложные взаимодействия растворенного вещества с растворителем, приводящие в зависимости от их свойств (кислотно-основная сила электролита и растворителя, дипольные моменты и полярность, диэлектрическая проницаемость, ионное произведение растворителя и т.д.) к образованию в одних случаях молекулярных сольватов, в других - к диссоциации сольватированных ионов, а в некоторых случаях - преимущественно к образованию ассоциированных частиц в виде ионных пар, тройников или еще более сложных ассоциатов. Таким образом, можно предположить, что в электролитных растворах нет свободных ионов и молекул.

Сольватационные эффекты возникают в результате взаимодействия молекул растворителя (большинство которых имеют дипольную природу) с частицами растворенного вещества. Большинство растворителей характеризуется полярной природой. Образование сольватов недиссоциированными молекулами обусловлена ван-дер-ваальсовыми и диполь-дипольными взаимодействиями, а образование сольватированных ионов (Ион·nS) - ион-дипольными взаимодействиями.

Процесс диссоциации, то есть растворения вещества в растворителе, протекает достаточно сложно. Например, уравнение диссоциации молекул уксусной кислоты в водном растворе на ионы водорода и ионы ацетата:

СН3СООН = Н+ + СН3СОО-,

не отображает всех процессов, которые в действительности протекают при растворении уксусной кислоты в воде.

Диссоциация уксусной кислоты проходит под влиянием молекул растворителя Н2О. В растворе происходит ряд процессов взаимодействия между молекулами растворяемого вещества, то есть уксусной кислоты в данном примере, и молекулами растворителя - воды, которые сопровождаются образованием новых частиц. В рассматриваемом примере молекулы воды отрывают от молекул уксусной кислоты ион Н+, который присоединяет к себе молекулу Н2О:

Слабая кислота:

СН3СООН + Н2О = Н3О+ + СН3СОО-

Так образуется гидратированный ион Н+, который называется ионом гидроксония. Ионы ацетата в свою очередь взаимодействуют с молекулами воды и образуют ионы ацетата, гидратированные молекулами Н2О:

СН3СОО- + nН2О = СН3СОО-× nН2О

Значит, при электролитической диссоциации уксусной кислоты в водном растворе образуются ионы Н+ и СН3СОО- не в чистом виде, а в виде гидратированных ионов гидроксония и ацетата. Уксусная кислота проявляет в воде, как известно, слабые кислотные свойства.

Если в качестве растворителя выбрать жидкий аммиак (с большим сродством к протону), то она проявляет такие же сильные кислотные свойства, как и минеральные:

Сильная кислота:

 

Соединение СН3СООН в среде более протогенного растворителя - жидкой фтористоводородной кислоты - проявляет не свойственные функции - основания, являясь акцептором иона водорода:

Основание:

Вместе с тем фтористоводородная кислота, в свою очередь, становится основанием по отношению к растворителю с еще меньшим сродством к протону (хлорная кислота):

Основание:

 

Все это свидетельствует о том, что на поведение растворенного вещества сильнейшим образом влияет природа и свойства среды (подобно среде - улице, которая может выпестовать героя или, наоборот, - антигероя).

Влияние растворителя подтвердим следующими рассуждениями.

В общем виде процесс электролитической диссоциации в водном растворе для электролита КtАn в зависимости от размеров и заряда ионов можно представить следующим уравнением: 

КtАn + (m+n)Н2О = КtАn×(m+n)Н2О =

=[Кt(Н2О)m]++[Аn(Н2О)n]-=[Кt(Н2О)m]+×[Аn(Н2О)n]                                                             (1)

В водном растворе электролит КtАn под воздействием (m + n) молекул Н2О, образует Кt+, гидратированный m молекулами воды и Аn-, который присоединяет к себе n молекул воды.

В действительности же процесс электролитической диссоциации в водном растворе протекает еще более сложно. Молекулы электролита КtАn не сразу распадаются с образованием гидратированных ионов, а сначала присоединяют молекулы Н2О или другого растворителя, как это показано в уравнении (1). В зависимости от природы и свойств растворителя процесс (1) может остановиться на любом из равновесий, то есть превалирующим процессом может быть либо образование сольватов (например, в неполярных растворителях с низкими значениями диэлектрических постоянных), либо образование сольватированных ионов (в полярных растворителях со слабыми кислотно-основными свойствами и высокими диэлектрическими проницаемостями), либо образуются ионные пары или ассоциаты сольватированных ионов (в малополярных растворителях с невысокими диэлектрическими постоянными с малоподвижными атомами водорода). При этом образуются непрочные соединения, называемые сольватами (гидратами), а процесс, который происходит в растворе исследуемого вещества - процесс образования сольватов:

КtАn + yS = КtАn×Sy                                                                            (2)

Молекулы электролита КtАn присоединяют к себе n молекул растворителя с образованием сольватов. Образовавшиеся сольваты под воздействием новых молекул растворителя распадаются на сольватированные ионы. Происходит процесс диссоциации сольватов:

КtАn×Sy + xS = Кt+(сол)m + Аn-(сол)n                                                                                         (3)

Сольватированный продукт КtАn×Sy под влиянием x молекул растворителя образует Кt+, сольватированный m молекулами растворителя и Аn-, сольватированный n молекулами растворителя.

На этом взаимодействие растворителя с растворенным веществом не прекращается. Образующиеся сольватированные ионы соединяются друг с другом. Данный процесс является процессом образования ионных пар (или ассоциацией сольватированных ионов): 

Кt+(сол)m + Аn-(сол)n = Кt+(сол)m×Аn-(сол)n                                                          (4)

При ассоциации сольватированных ионов образуются ионные пары или двойники. Этот процесс особенно наблюдается в среде растворителей (с малоподвижным водородом) с достаточно низким значением диэлектрической проницаемости e, то есть в среде таких растворителей, в которых происходит более сильное взаимодействие между противоположно заряженными ионами. В подобных средах образуются не только двойники, но и значительно более сложные ассоциаты, например, соединяются 3 (или больше) сольватированных иона: 

Кtn+(сол)m×2Аnm-(сол)n или 2Кtn+(сол)m×Аnm-(сол)n,

соотношение которых зависит от размеров и заряда Кt и Аn.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что в электролитных растворах свободные ионы и молекулы отсутствуют, протекают не совсем обычные взаимодействия, а образуются в зависимости от свойств среды либо молекулярные сольваты, либо диссоциированные сольватированные ионы, либо ассоциаты.


Библиографическая ссылка

Б.Б. Танганов ПОВЕДЕНИЕ РАСТВОРЕННОГО ВЕЩЕСТВА В РАСТВОРИТЕЛЯХ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ // Современные наукоемкие технологии. – 2010. – № 10. – С. 208-211;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=26087 (дата обращения: 28.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074