Chemia27

Ilir.i l()W.| D1l.lt.|

io/pir./(v. lino '.( I /Wlą/kll |l!8t III.I-..I '.11111.1.111

i:|i, |.ik.| mońia napuścić

W 100 (| K)/-piis/o/alnlka, nlizymując pr/y lym m/lwól nasycony.

Mii.iklywoość /wl.|/kn |osl /Wl,|/,mu / la lwo'.u.| lo/iy

W.llll.l Wl.|/iU'l W |l'(|li i /.| '.Im /kili.li

Ilościowi,i mi.ii;i rozpuszczalności jcsl masa substancji, wyrażona w pianiach, jaki) można maksymalnie rozpuścić w 100gdanego rozpuszczalnika w określonej temperaturze, najczęściej 20°C. Powiemy więc, że nicpolarne cząsteczki dwutlenku węgla C0₂ rozpuszczają się w wodzie słabo rozpuszczalność dwutlenku węgla w 100 g wody wynosi zaledwie 0,17 g (w temperaturze 20°C). Rozpuszczalność amoniaku w 100 g wody w tej samej temperaturze wynosi natomiast aż 54,1 g. Tak dobrą rozpuszczalność amoniaku w wodzie można łatwo wyjaśnić, analizując budowę cząsteczek tego związku. Cząsteczki NH_:, są silnie polarne, a ponadto mogą wytwarzać wiązania wodorowe z cząsteczkami wody dzięki atomom wodoru obdarzonym dużym cząstkowym ładunkiem dodatnim oraz silnie elektroujemnemu atomowi azotu z wolną parą elektronową. Zdolność cząsteczek związku do wytwarzania wiązań wodorowych z cząsteczkami rozpuszczalnika dodatkowo poprawia rozpuszczalność związku w tym rozpuszczalniku.

Przykład 2

Oceń rozpuszczalność poniższych związków w wodzie, analizując budowę ich cząsteczek:

a)    metan,

b)    alkohol metylowy CH₃OH.

Rozwiązanie

a)    Metan jest zbudowany z niepolarnych cząsteczek CH₄, dlatego jego rozpuszczalność w wodzie jest bardzo słaba.

b)    Alkohol metylowy jest zbudowany z polarnych cząsteczek CH_?OH. Atom wodoru grupy —OH jest obdarzony dużym cząstkowym ładunkiem dodatnim, natomiast silnie elektroujemny atom tlenu grupy —OH ma dwie wolne pary elektronowe, dzięki czemu cząsteczki alkoholu metylowego mogą wytwarzać wiązania wodorowe z cząsteczkami wody. I )Iatego rozpuszczalność alkoholu metylowego w wodzie jest nieograniczona - miesza się on z wodą w każdej proporcji.

Reaktywność związku jest uwarunkowana łatwością rozrywania wiązali w jego cząsteczkach. Cząsteczki o mocnych wiązaniach znacznie trudniej ulegają reakcjom chemicznym niż cząsteczki o wiązaniach słabych. Dla przykładu porównajmy reaktywność azotu i chloru. W cząsteczkach N , występuje wyjątkowo silne wiązanie potrójne. W cząsteczkach chloru Cl. mamy natomiast do czynienia ze słabszym wiązaniem pojedynczym. Wiązanie w cząsteczce chloru jest dodatkowo osłabione / powodu wolnych par elektronowych atomów chloru. Ponieważ wiązanie potrójne jest znacznie trudniejsze do rozerwania niż wiązanie pojedyncze, e/ąstec/ki azotu zdecydowanie trudniej ulegają reakcjom che i nu /’ 11 y 111 niż c/ąslct z k i chloru Pi ze prowadzę nie reakcji między a zol ciii i wodoicm w wyniku kloicj pow.laji amoniak, wymaga Icmpcialiiry i.ędu kilkuset stopni ('elsjusza i zuac/iiie podwyższonego ciśnienia, lyme/asom reakcja chloru z wodorem, czyli synteza chlorowodoru, za chodzi już. w temperaturze pokojowej.

Przykład 3

W lahlicach chemicznych znaleziono następujące dane dotyczące dwóch związków: Iriwodorku fosforu i trichlorku fosforu.

^,,( 1M_m(,| = 137,33 g/mol; temperatura topnienia = -94°C; temperatu-ia wrzenia = 75°C; podczas rozpuszczania reaguje z wodą;

PI I,: M_m„| = 34 g/mol; temperatura topnienia = -133,7°C; temperatura wrzenia = -85,5°C; rozpuszczalność w 100 g wody w 20°C wynosi 0,04 g; wartości elcklroujemności pierwiastków wynoszą: wodoru 2,1; fosforu \ I; chloru 3,0;

wartości promieni atomów wynoszą: wodoru 30 pm, fosforu 110 pm, i hloru 99 pm.

Wyjaśnij, dlaczego jeden ze związków jest w warunkach pokojowych cic-/n reagującą z wodą, drugi natomiast gazem słabo rozpuszczalnym w wodzie i niereagującym z nią.

Rozwiązanie

' > tym, że PCI , jest w warunkach pokojowych cieczą, informują nas tem-pi ratury topnienia i wrzenia. Trichlorek fosforu dopiero po ogrzaniu powyżej 75°C staje się gazem. Pierwszej przyczyny niewielkiej lotności PC1₃ należy upatrywać w dużej masie molowej. Ponadto jest to cząsteczka polania, a dość duża różnica elektroujemności między atomami chloru i fosforu powoduje, że na atomach chloru zgromadzone są ładunki ii|cnmc. Umożliwia to oddziaływania dipol-dipol między cząsteczkami l'( 'I,, co stanowi drugą przyczynę małej lotności tego związku. Promienie atomów fosforu i chloru są dość podobne do siebie, natomiast zgromadzenie obok siebie trzech atomów chloru o wyraźnie zaznaczonym takim samym ładunku daje w efekcie większą skłonność cząsteczki do ‘ i c a ke j i, szczególnie z cząsteczkami polarnymi, a woda, jak wiemy, jest cząsteczką polarną.

temperatur topnienia i wrzenia możemy wywnioskować, że PH_:, pozoruje cieczą tylko w bardzo niskich temperaturach. Mała masa molowa • uslee/ki i brak polarności (wodór i fosfor mają taką samą elektroujem-nosc) stanowią wyjaśnienie, dlaczego związek ten jest gazem. Bardzo mała polarność cząsteczki powoduje jej słabą rozpuszczalność w wodzie.

Niska reaktywność cechuje większość substancji stałych o trudnych do /niszczenia sieciach krystalicznych. Na przykład diament, tworzący bardzo trwali} siec kowalencyjną, to znaczy laką, w której kolejne atomy wę gla są związane ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi, je st wyjątkowo 1111 (li iy do zapalenia Pi/cpiowadzenii u alt p .pałania diamentu w po wieli, u wymaga l« nipi iuIiiiy i/ędu kilku l\ .n i \ .topili ( \ I s 111 •. a Nuto