¿Qué factores describen por qué los compuestos iónicos son supuestamente solubles en cualquier disolvente polar?

¿Qué factores describen por qué los compuestos iónicos son supuestamente solubles en cualquier disolvente polar?
Anonim

Los compuestos iónicos no siempre son solubles en ningún disolvente polar. Depende del solvente (si es agua u otro solvente menos polar) si son solubles o no.

Además, los compuestos iónicos constituidos por iones de tamaño pequeño y / o iones con carga doble o triple, y los cationes con dimensiones similares al anión, son a menudo insolubles en agua.

Cuando sucede que un compuesto iónico es realmente soluble en un disolvente polar como el agua, esto es digno de una explicación, ya que la atracción electrostática entre los iones positivos y negativos es tan fuerte que un compuesto iónico simple como la sal de mesa requiere una temperatura de 801 ° C. para fundirse.

Un alto suministro de energía es necesario para desmontar la red iónica, que se llama entalpía de celosía. Este "pago" energético está parcialmente compensado por la "ganancia" de energía debida a entalpía de solvatación, como resultado de la atracción entre cada ion y las muchas moléculas solventes que pueden rodearlo con sus polaridades opuestas.

UNA ion solvatado puede estar rodeado por varias capas de moléculas de solventes, dependiendo de su carga y tamaño (si el "ión desnudo" tiene una carga alta y un tamaño pequeño, llevará una "nube" más grande de moléculas de solventes).

La mayoría de las sustancias iónicas se disuelven en agua de forma endotérmica, es decir, sustrayendo espontáneamente la energía térmica del disolvente y el medio ambiente. Esta es una evidencia de que la entalpía de celosía es más alta que la entalpía de solvatación.

Por lo tanto, es necesario un segundo factor decisivo para explicar la solubilidad de las sustancias iónicas y para responder a la pregunta. Esta es una estadística o "factor entrópico". Al disolver la sustancia hay un aumento de entropía o" aleatoriedad "de movimiento, energías, posiciones, que se debe al paso de la estructura muy ordenada de la red sólida a una estructura de tipo desordenado de gas, de la solución. La estructura de la mezcla tiene mayor probabilidad estadística (medida por el número de configuraciones equivalentes o "microestados" correspondientes al mismo macroestado "mixto") que el macroestado sin mezclar.

Siempre hay un aumento en la entropía, cada vez que un sólido cristalino se disuelve en un solvente, y es el mismo tipo de proceso favorecido que ocurre con la evaporación, la sublimación o la difusión.

El compuesto iónico finalmente se disuelve en el solvente si la contribución de la entropía es suficiente para compensar la pérdida de entalpía que acompaña a la disolución.

Esto puede traducirse cuantitativamente en un criterio de disolución espontánea: "# Delta_sG #, esa es la variación de energía libre, o potencial de Gibbs, G = (H-TS), para el proceso de disolución, debe ser negativo ". En las fórmulas:

#Delta_sG = Delta_lH - TDelta_hS <0 #

dónde # Delta_lH # Es la entalpía de celosía, positiva; # Delta_hS # es la diferencia de entropía de solvatación, y se convierte en dimensiones de energía multiplicando la temperatura absoluta T. La contribución de la entropía # -TDelta_hS # Es tan favorable (negativo) a la disolución como la temperatura es alta. Por lo tanto, el comportamiento más habitual de los compuestos iónicos es volverse más soluble a medida que aumenta la temperatura.

A la inversa, aquellos compuestos que se disuelven exotérmicamente (#Delta_lH <0 #) se caracterizan por una entalpía de solvatación que supera la entalpía de la red, y son muy solubles incluso a baja temperatura.