Rozpúšťadlá
Rozpúšťadlá
Molekuly rozpúšťadla svojimi interakciami s pevnou látkou z nej vytrhávajú ióny, čím sa látka rozpúšťa - disociuje. Ióny sú v roztoku obalené molekulami rozpúšťadla – SOLVATOVANÉ. Keď je rozpúšťadlo voda, sú HYDRATOVANÉ. Väzbové interakcie medzi molekulami rozpúšťadla a iónu v roztoku sú pomerne silné, preto produkty rozpúšťania – SOLVÁTY sa v súčasnosti zaraďujú aj medzi molekulové inkluzívne zlúčeniny.
Rozpustnosť je zložitý jav a vo všeobecnosti pre správanie sa látok pri rozpúšťaní platia pravidlá:
1.Trojrozmerné polyméry (napr. bielkoviny a celulóza) a zlúčeniny, ktoré obsahujú kovalentné nepolárne alebo málo polárne väzby sú nerozpustné vo väčšine rozpúšťadiel, napr. diamant a karbid kremičitý. Niekedy látka reakciou s rozpúšťadlom utvorí novú zlúčeninu, ktorá je v danom prostredí rozpustná, napr.
AgCl + 2NH3 → [Ag(NH3)2]Cl
KOORDINAČNÉ ZLÚČENINY
[Ag(NH3)2]Cl je koordinačná zlúčenina. Koordinačná zlúčenina je zlúčenina s koordinačnou (donorne - akceptórnou) väzbou. Koordinačnú zlúčeninu tvorí CENTRÁNLY ATÓM (akceptor voľného elektrónového páru) a LIGANDY (donory voľného elektrónového páru).
2.Málo rozpustné sú aj pevné látky s iónovou štruktúrou, napr. Al2O3. V polárnych rozpúšťadlách, ako je voda, sa dobre rozpúšťajú látky s iónovou alebo kovalentnou polárnou väzbou, napr. halogenidy alkalických kovov. Látky sa rozpúšťajú v rozpúšťadle, keď energia uvoľnená pri solvatácii, má podobnú hodnotu ako ich mriežková energia.
3.Nepolárne látky, napr. oleje, sa rozpúšťajú v nepolárnych rozpúšťadlách a sú nerozpustné v polárnych rozpúšťadlách. Súvisí to s tým, že medzi polárnymi molekulami polárnych rozpúšťadiel pôsobia silné príťažlivé sily, ktoré treba porušiť, aby sa nepolárna molekula rozpúšťanej látky mohla medzi ne vsunúť.
Rozpúšťadlá sú zvyčajne látky, ktoré sú v roztoku prítomné vo veľkom nadbytku. Najčastejším rozpúšťadlom sú kvapaliny, ktorých molekuly obsahujú kovalentné väzby, ďalej taveniny solí, ale aj samotné kovy (napr. ortuť). V chemickej praxi sa najčastejšie používajú ako rozpúšťadlá kvapaliny, ktorých molekuly obsahujú kovalentné väzby. Medzi takéto rozpúšťadlá patria:
1.Rozpúšťadlá s neasociovanými molekulami – nepolárne napr. trichlórmetán CHCl3, sírouhlík CS2.
2.Rozpúšťadlá s asociovanými molekulami – polárne, napr. kvapalný fluorovodík, voda, kvapalný amoniak.
Kvapalné rozpúšťadlá prvej skupiny sa skladajú zo samostatných molekúl, ktoré majú malý alebo nulový dipólový moment.
Dipólový moment je vektorová veličina popisujúca nesymetrické rozdelenie elektrického náboja, obvykle molekuly alebo malej skupiny atómov. Podľa hodnoty dipólového momentu v chémii rozlišujeme polárne a nepolárne molekuly.
Preto sa nazývajú aj nepolárne rozpúšťadlá. Látky, ktoré sa v nich rozpúšťajú, tvoria roztoky, ktoré nevedú el. prúd.
Molekuly polárnych rozpúšťadiel druhej skupiny sú navzájom vodíkovými väzbami, pričom utvárajú väčšie zoskupenia molekúl – asociácie. Asociácia molekúl spôsobuje charakteristické vlastnosti rozpúšťadiel.
Iónové zlúčeniny, napr. KNO3, KCl, sa dobre rozpúšťajú v polárnych rozpúšťadlách, napr. vo vode a sú prakticky nerozpustné v nepolárnych rozpúšťadlách, napr. CCl4.
Ak interakcie medzi molekulami vody a iónmi na povrchu kryštálu prekonajú príťažlivé sily medzi iónmi v štruktúre, ióny sa uvoľňujú do roztoku a látka sa rozpúšťa. Na uvoľnené ióny sa naviažu molekuly vody a vzniknú HYRATOVANÉ IÓNY. Tento dej je vždy exotermický. Energia uvoľnená pri hydratácii sa nazýva HYDRATAČNÁ ENTALPIA (∆Hh). Táto energia je pomerne veľká a podporuje rozpúšťanie látok.
Rozličné ióny sú vo vodnom roztoku viac alebo menej hydratované v závislosti od veľkosti iónu a náboja. Hydratované aj solvatované ióny sú v roztoku voľne pohyblivé a spôsobujú elektrickú vodivosť roztokov. Hydratované ióny označujeme zvyčajne bez udania počtu molekúl vody symbolom aq, napr. Cu² aq.
Rozpúšťadlo má pri chemických reakciách dvojakú funkciu: Prvá jeho funkcia je v tom, že aj pri pomerne nízkych teplotách urýchľuje chemické reakcie, keďže chem. reakcie prebiehajú v roztokoch rýchlejšie ako v pevnej fáze. Napríklad reakcia medzi pevnými zlúčeninami BaBr2 a AgNO3 je veľmi pomalá. Keď zlejeme vodné roztoky daných látok, zrazenina AgBr vzniká okamžite.
BaBr2 + 2 AgNO3 → 2AgBr + Ba(NO3)2
Aj zmenou rozpúšťadla možno ovplyvniť rýchlosť reakcie. Napríklad reakcia
C2H5I + (C2H5)3N (C2H5)4N+ + I-
Prebieha v hexáne s istou reakčnou rýchlosťou. Keď použijeme namiesto hexánu ako rozpúšťadlo benzén, reakčná rýchlosť sa zvýši 80-krát, v acetóne 500-krát a v nitrobenzéne 2800-krát.
Použitím rozličných rozpúšťadiel možno meniť aj smer chemickej reakcie. Reakcia chloridu bárnatého s dusičnanom strieborným prebieha vo vodnom roztoku zľava doprava (v smere tvorby nerozpustného AgCl) a v kvapalnom amoniaku opačným smerom, teda sprava doľava.
BaCl2 + 2 AgNO3 ↔ Ba(NO3)2 + 2 AgCl
Druhá dôležitá funkcia rozpúšťadla je, že umožňuje izoláciu a čistenie produktu. Napríklad bezvodný CuSO4 nemôžeme pripraviť z vodného roztoku, ale keď použijeme ako rozpúšťadlo kvapalný HgBr2, vtedy áno.
CuBr2 + HgSO4 HgBr2→ HgBr2 + CuSO4
Pre rozličné reakcie vyberáme teda rozpúšťadlá podľa ich špecifických vlastností.
Nevodné rozpúšťadlá
Rozpúšťadlá odlišné od vody nazývame nevodné; môžu byť protické a aprotické. V protických rozpúšťadlách prebiehajú protolytické reakcie, lebo ich molekuly obsahujú odštiepiteľný protón. Z protických rozpúšťadiel sa najčastejšie používajú (okrem vody) alkoholy, ľadová kyselina octová, zriedkavejšie sa používajú napr. kvapalný amoniak, bezvodný fluórovodík a bezvodná kyselina sírová.
Známe sú napríklad modro sfarbené roztoky alkalických kovov v kvapalnom amoniaku, ktoré sú mimoriadne silné redukovadlá a výborné vodiče elektrického prúdu, lebo obsahujú voľné solvatované elektróny.
Na + (n + m) NH3 ↔ [Na (NH3)n]+ + e(NH3)m-
Aprotické rozpúšťadlá nemajú v molekulách odštiepiteľný protón. Z aprotických rozpúšťadiel sa najčastejšie používajú acetón, chlorid uhličitý, kvapalný oxid siričitý; pri vysokých teplotách aj rozličné roztavené oxidy, napr. CaO. V metalurgii sa používajú na odstránenie nežiadúcich nečistôt z roztavených kovov. Význam nevodných rozpúšťadiel obidvoch typov stále rastie, najmä v nalytickej a preparatívnej chémii a metalurgii.
|
