Solvatation

Définition

La solvatation est le processus de formation d'interactions entre des molécules d'un solvant avec des molécules ou des ions d'un soluté. Dans la solution, les ions solutés (solvatés) se dispersent et sont entourés de molécules de solvant, la même chose intervient dans les molécules de solvant.

La solvation d'un ion sodium avec de l'eau :

Lors de la solvatation, l'ion sodium Na⁺ est solvaté par des molécules d'eau.

Explications

La solvatation a lieu dans des solutions principalement liquides. Elle est basée sur une attraction ou association de molécules du solvant avec des molécules ou des ions du soluté. Une interaction des particules dissoutes avec le solvant conduit à la stabilisation des particules dissoutes dans la solution. Ces forces d'interaction conduisent également à une structure ordonnée des molécules de solvant autour du soluté et on parle également d'une coquille de solvate autour des particules de soluté.

Différence entre solvatation, dissolution et solubilité

Par définition de l'UICPA, la solvatation est une interaction d'un soluté avec un solvant qui conduit à la stabilisation des espèces de soluté dans la solution. Il peut également se référer à l'état solvaté, où un ion dans une solution est complexé par des molécules de solvant. Le concept d'interaction de solvatation peut également être appliqué à un matériau insoluble, par exemple la solvatation de groupes fonctionnels à la surface d'une résine échangeuse d'ions.

La solution est le processus consistant à ajouter le soluté dans le solvant ou à ajouter plus de solvant à une solution qui avait déjà, la solubilité se réfère à la limite de soluté que je peux ajouter au solvant avant qu'il ne commence à former un précipité, c'est-à-dire avant que je reste soluté non dissous, la solvatation explique ce qui se passe au niveau moléculaire entre le soluté et le solvant.

Lorsque l'on considère les unités, une distinction plus claire peut être faite. La complexation peut être décrite par le nombre de coordination et la constante de stabilité du complexe. L'unité typique pour la vitesse de dissolution est mol/s. L'unité de solubilité peut être mol/kg.

Solvants et interactions intermoléculaires

En principe, la solvatation peut avoir lieu à travers différents types d'interactions intermoléculaires (pour les ions également interatomiques), comme les ions-dipôle, dipôle-dipôle, ponts d'hydrogène - et les forces de van der Waals. Des interactions ion-ion peuvent exister dans les solvants ioniques.

Les solvants polaires sont ceux dont la structure moléculaire contient des dipôles. Ces composés ont généralement une constante diélectrique élevée. Les molécules polaires de ces solvants peuvent solvater les ions car elles peuvent orienter la partie partiellement chargée de la molécule vers l'ion en réponse à l'attraction électrostatique. Cela stabilise le système. L'eau est le solvant polaire le plus courant et le mieux étudié, mais il en existe d'autres, tels que l'acétonitrile, le diméthylsulfoxyde, le méthanol, le carbonate de propylène, l'ammoniac, l'éthanol et l'acétone. Ces solvants peuvent être utilisés pour dissoudre des composés inorganiques tels que des sels.

La solubilisation implique différents types d'interactions moléculaires : pont d'hydrogène, ion-dipôle, attraction dipôle-dipôle ou forces de Londres. Les trois premiers peuvent être présents uniquement dans les solvants polaires. Les interactions ion-ion ne peuvent exister que dans les solvants ioniques (par exemple, en phase fondue). Les processus de solvabilité ne seront favorisés thermodynamiquement que si l'énergie libre de Gibbs de formation de solution est inférieure à la somme de l'énergie libre de Gibbs de formation de solvant et de soluté séparément.

La conductivité d'une solution dépend de la solvatation de ses ions.

Des solvants particulièrement bons sont les solvants polaires, qui ont un dipôle électrique en raison de leur structure moléculaire. Si z. Les ions B. étant dans un solvant polaire, ils exercent des forces sur les dipôles de solvant en raison de leur charge électrique. Au voisinage des ions positifs (cations), les dipôles du solvant s'alignent généralement de manière à ce que leur pôle négatif soit face au cation et leur pôle positif à l'opposé du cation. Au voisinage des ions négatifs (anions), le pôle positif est dirigé vers l'anion et le pôle négatif loin de l'anion.

Dans le cas particulier de l'eau, la solvatation est appelée hydratation et l'enveloppe de solvatation comme enveloppe d'hydratation. Comme la structure de l'eau est dominée par des liaisons hydrogène, les structures de la coque d'hydratation autour des ions dissous sont souvent plus complexes que ce à quoi on pourrait s'attendre après la simple interaction ion-dipôle, comme décrit ci-dessus et illustré sur la figure.

Une relaxation importante de l'information dans l'étude expérimentale de la solvatation ionique est la relaxation magnétique nucléaire, en particulier la relaxation des noyaux atomiques dans les ions d'intérêt.

Aspects thermodynamiques

Pour que la solvatation intervienne, la libération d'ions individuels du réseau cristallin dans lequel ils sont présents est nécessaire. Il est nécessaire de briser les attractions que les ions ont entre eux, attraction représentée par l'énergie libre du réseau de solutés dans son état d'agrégation naturelle, pour cela, elle est obtenue à partir de l'énergie libérée lorsque les ions du réseau de solutés sont associés à la molécules de solvant. L'énergie libérée sous cette forme est appelée énergie sans solvatation.

Le changement d'enthalpie de dissolution est l'enthalpie de formation de la solution moins la somme des enthalpies de formation des systèmes séparés, tandis que le changement d'entropie est la différence correspondante dans les entropies de formation. La plupart des gaz ont une enthalpie négative de solution, ce qui signifie qu'ils sont moins solubles à des températures plus élevées.

Bien qu'au départ, on pensait qu'un rapport charge / taille plus élevé de l'ion, ou densité de charge, impliquait une plus grande solvatation, ce n'est pas vrai pour les ions tels que le fer (III) ou les lanthanides et les actinides, qui sont rapidement hydrolysés pour former des oxydes insoluble

L'enthalpie de la fécondation peut expliquer pourquoi la solvatation existe avec certains réseaux ioniques, tandis que d'autres ne le font pas. Une valeur de changement d'enthalpie de solution négative correspond à un ion qui se dissoudra, tandis qu'une valeur positive signifie que la solvatation n'existera pas facilement. Une mesure quantitative du pouvoir de solvatation des solvants est le nombre de donneurs.

En rapport avec "solvatation"

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  La dissolution est un processus de décomposition, de transformation d'une substance appelée soluté dans un solvant, afin de produire une solution claire, comme...

• sodium

  

  Le sodium est le nom francisé du Natrium, de symbole chimique Na. Le sodium est un métal alcalin, solide à température ambiante, doux, onctueux, de couleur...

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  En chimie, le soluté est un des deux composants d'une solution, avec le solvant.

• solvant

  

  Un solvant est une substance, le plus souvent liquide, qui a le pouvoir de dissoudre d'autres substances.