Solvação: processo, diferenças de hidratação e exemplos

A solvatação é a ligação física e química entre partículas de soluto e solvente em uma solução. Difere do conceito de solubilidade no fato de que não há equilíbrio termodinâmico entre um sólido e suas partículas dissolvidas.

Essa união é responsável pelos sólidos dissolvidos “desaparecem” em vista dos espectadores; quando, na realidade, as partículas se tornam muito pequenas e acabam “embrulhadas” por folhas de moléculas de solvente, o que torna impossível observá-las.

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Fonte: Gabriel Bolívar

Na imagem acima, está representado um esboço muito geral da solvatação de uma partícula M. M pode ser um íon (M + ) ou uma molécula; e S é a molécula de solvente, que pode ser qualquer composto líquido (embora também possa ser gás).

Observe que M é cercado por seis moléculas de S, que compõem o que é conhecido como esfera primária de solvatação . Outras moléculas de S a distâncias maiores interagem pelas forças de Van der Waals com a anterior, formando uma esfera de solvatação secundária, e assim por diante até que algum tipo seja evidente.

Processo de solvatação

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Fonte: Gabriel Bolívar

Molecularmente, como é o processo de solvatação? A imagem acima resume as etapas necessárias.

As moléculas de solvente, de cor azul, são inicialmente ordenadas interagindo umas com as outras (S-S); e as partículas de cor púrpura (íons ou moléculas) fazem o mesmo com interações M-M fortes ou fracas.

Para ocorrer a solvatação, o solvente e o soluto devem se expandir (segunda seta preta) para permitir interações soluto-solvente (M-S).

Isso implica necessariamente uma diminuição nas interações soluto-soluto e solvente-solvente; diminuição que requer energia e, portanto, este primeiro passo é endotérmico.

Uma vez que o soluto e o solvente foram expandidos molecularmente, misturam e trocam de lugar no espaço. Cada círculo roxo da segunda imagem pode ser comparado com o da primeira imagem.

Uma alteração no grau de ordenação de partículas pode ser detalhada na imagem; ordenada no início e desordenada no final. Como conseqüência, o último passo é exotérmico, uma vez que a formação das novas interações M-S estabiliza todas as partículas na solução.

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Aspectos energéticos

Por trás do processo de solvatação, há muitos aspectos de energia que devem ser levados em consideração. Primeiro, as interações S-S, M-M e M-S.

Quando as interações M-S, isto é, entre o soluto e o solvente, são muito superiores (fortes e estáveis) em comparação com as dos componentes individuais, é discutido um processo de solvatação exotérmica; e, portanto, a energia é liberada para o meio, que pode ser verificado através da medição do aumento da temperatura com um termômetro.

Se, pelo contrário, as interações M-M e S-S são mais fortes que as M-S, então, para “expandir”, elas precisarão de mais energia do que ganham quando a solvatação termina.

Fala-se de um processo de solvatação endotérmica. Nesse caso, é registrada uma diminuição da temperatura, ou o que é o mesmo, o ambiente é resfriado.

Existem dois fatores fundamentais que determinam se um soluto se dissolve ou não em um solvente. A primeira é a mudança de entalpia de dissolução (ΔH dis ), como explicado acima, e a segunda é a mudança de entropia (ΔS) entre o soluto e o soluto dissolvido. Geralmente, a ΔS está associada ao aumento do distúrbio também mencionado acima.

Interações intermoleculares

Foi mencionado que a solvatação é o resultado da união física e química entre o soluto e o solvente; No entanto, como exatamente essas interações ou uniões são?

Se o soluto é um íon, M + , as chamadas interações íon-dipolo (M + – ) ocorrem ; e se for uma molécula, haverá interações dipolo-dipolo ou forças de dispersão de Londres.

Quando se fala em interações dipolo-dipolo , diz-se que há um momento dipolar permanente em M e S. Assim, a região rica em elétrons δ- de M interage com a região pobre de elétrons δ + de S. O resultado de todas essas Interações é a formação de várias esferas de solvatação em torno de M.

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Além disso, existem outros tipos de interações: a coordenada. Aqui, as moléculas de S formam coordenação (ou dativo) se ligam a M, formando várias geometrias.

Uma regra fundamental para memorizar e prever a afinidade entre soluto e solvente é: igual se dissolve igual . Portanto, substâncias polares se dissolvem muito facilmente em solventes igualmente polares; e substâncias apolares, dissolvam-se em solventes apolares.

Diferenças com hidratação

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Fonte: Gabriel Bolívar

Qual a diferença entre solvatação e hidratação? Os dois processos idênticos, exceto que as moléculas S, da primeira imagem, são substituídas pelas da água, HOH.

Na imagem acima pode ser visto um catião M + rodeado por seis moléculas de H 2 O. Note-se que os átomos de oxigénio (vermelho) dirigem orientada carga positiva, porque é o mais electronegativa e assim ambos têm a maior densidade negativa δ-.

Por trás da primeira esfera de hidratação, outras moléculas de água são agrupadas por ligações de hidrogênio (OH 2 – OH 2 ). Essas são interações tipo íon-dipolo. No entanto, as moléculas de água também podem formar ligações de coordenação com o centro positivo, especialmente se for metálico.

Assim, os famosos complexos hídricos M (OH 2 ) n . Como n = 6 na imagem, as seis moléculas são orientadas em torno de M em um octaedro de coordenação (a esfera de hidratação interna). Dependendo do tamanho de M + , a magnitude de sua carga e sua disponibilidade eletrônica, a referida esfera pode ser menor ou maior.

A água é talvez o solvente mais surpreendente de todos: dissolve uma quantidade imensurável de solutos, é um solvente muito polar e possui uma constante dielétrica anormalmente alta (78,5 K).

Exemplos

Três exemplos de solvatação em água são mencionados abaixo.

Cloreto de cálcio

Por dissolução de cloreto de cálcio em água, o calor é libertado para catiões solvatadas Ca 2+ e anis Cl . O Ca 2+ é cercado por um número de moléculas de água iguais ou superiores a seis (Ca 2+ – OH 2 ).

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Também a Cl está rodeado por átomos de hidrogénio, a região δ + água (Cl H 2 O). O calor liberado pode ser usado para derreter massas de gelo.

Ureia

No caso da uréia, é uma molécula orgânica com estrutura H 2 N – CO – NH 2 . Quando solvatado, as moléculas de H 2 O forma ligações de hidrogénio com os dois grupos amino (-NH 2 OH 2 ) e o grupo carbonilo (C = O H 2 O). Essas interações são responsáveis ​​por sua grande solubilidade na água.

Além disso, sua dissolução é endotérmica, ou seja, esfria o recipiente de água onde é adicionado.

Nitrato de amônio

O nitrato de amônio, como a uréia, é um soluto que esfria a solução após a solvatação de seus íons. NH 4 + é solvatado de uma maneira semelhante Ca 2+ , embora provavelmente possuem geometria tetraédrica ser menos moléculas de H 2 O em torno deles; e NO 3 é solvatada assim como os anis Cl (OH 2 -O 2 NO- H 2 O).

Referências

  1. Glasstone S. (1970). Tratado de Química e Física. Aguilar, SA, Madri, Espanha.
  2. Whitten, Davis, Peck e Stanley. Química (8a ed.). Aprendizagem CENGAGE.
  3. Ira N. Levine. (2014). Princípios de Físico-Química. Sexta edição. Mc Graw Hill
  4. Dicionário Chemicool. (2017). Definição de solvatação. Recuperado de: chemicool.com
  5. Belford R. (sf). Processos de solvatação Química LibreTexts. Recuperado de: chem.libretexts.org
  6. Wikipedia (2018). Solvação Recuperado de: en.wikipedia.org
  7. Hardinger A. Steven. (2017). Glossário Ilustrado de Química Orgânica: Solvatação. Recuperado de: chem.ucla.edu
  8. Guppy surf. (sf). O processo de solvatação. Recuperado de: surfguppy.com

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