Освіта продуктівприєднання (сольватація) - Хімія
2. Утворення продуктів приєднання (сольватація)
Переходячи до розгляду наступної стадії рівноваг у розчинах, пов'язаної із взаємодією між компонентами розчину, необхідно хоча б коротко зупинитися на визначенні поняття «хімічна взаємодія в розчині».
Відповідь на питання, що слід вважати необхідною і достатньою ознакою для судження про відсутність хімічної взаємодії між компонентами розчину з самого початку була пов'язана з труднощами методологічного характеру. Як відомо, не може бути дано скільки-небудь суворого визначення негативного поняття, а відсутність взаємодії безсумнівно належить до таких.
Далі, якщо вважати ознакою виникнення хімічного зв'язку взаємодія електронних хмар атомів хімічних елементів, то строго кажучи, оскільки щільність електронної хмари на будь-якій кінцевій відстані від атомного ядра не дорівнює нулю, слід визнати наявність хімічної взаємодії між будь-якими двома атомами, що знаходяться одна від одної на будь-якій кінцевої відстані. Але, очевидно також і те, що сповідування цього становища позбавило б хімію скільки-небудь чітких критеріїв у визначенні її фундаментального поняття. Тому у визначенні поняття хімічна взаємодія (так само, як і атомний радіус) завжди лежить якась попередньо обумовлена умова, а саме вона цілком залежить від цієї умови.
Очевидно, найбільш зручним критерієм, який міг би служити для судження про наявність чи відсутність хімічної взаємодії у хімічній системі, є енергія взаємодії. Можна було б вибрати таку мінімальну її величину, яка б бути віднесена до хімічного процесу. Однакнедосконалість і значна складність методів визначення енергії взаємодіючи не дозволяє нині вважати такий вибір вдалим.
Тип зв'язку також не може бути критерієм, який ліг би в основу судження про наявність або відсутність взаємодії. Справді, між крайніми випадками — утворенням суто ковалентного чи іонного зв'язку та слабкою вандерваальсівською взаємодією — існує безліч проміжних типів, одна класифікація яких часом викликає значні труднощі.
Строго кажучи, процес молекулярної асоціації (дисоціації) має бути віднесений до хімічної взаємодії. Дійсно, якщо, наприклад, асоціат (АН)Х через Н-зв'язок піддається молекулярній дисоціації, то це пов'язано з розривом Н-зв'язку, тобто за всіма формальними ознаками (до яких включається і дуже значна величина енергії зв'язку) підходить під хімічна взаємодія. Однак асоціативно-дисоціативні процеси не прийнято відносити до хімічної взаємодії. В іншому випадку довелося б розмежовувати хімічну взаємодію, що стосується першої стадії рівноваг у розчинах і міжмолекулярну взаємодію між компонентами розчину:
(передбачається для простоти, що молекули розчинника також асоційовані через Н-зв'язок).
.Втім, навряд чи було б доцільним вважати будь-яку міжмолекулярну взаємодію цього типу хімічним. Так, якщо АН і SH - сполуки тотожної хімічної природи, що стоять до того ж близько в гомологічному ряду (наприклад, пропанол і бутанол, ізомери крезолу, валеріанова та масляна кислоти тощо), то утворення нових міжмолекулярних зв'язків (перехресних асоціатів) не може бути віднесено до хімічної взаємодії, хоча б тому, що ця взаємодіяпрактично не пов'язане з такою зміною енергетичних характеристик системи, яка могла б бути впевнено зафіксована.
Вибір критерію, яким слід користуватися для судження про взаємодію в хімічній системі, у кожний період розвитку хімії залежить від розвитку теорія, і навіть методів дослідження хімічних систем. Так, в даний час завдяки інтенсивному розвитку ІЧ-і радіоспектроскопії, з'являється можливість отримання набагато більш інтимних відомостей про хімічну систему, ніж два-три десятиліття тому. І безперечно, що через певний проміжок часу з'являться методи дослідження, які поглиблять ступінь пізнання процесів, що протікають у системі, так само значно, як це зробили згадані методи. Ось чому завжди, говорячи про наявність чи відсутність хімічної взаємодії, слід застерігати, про який ступінь наближення йдеться, оскільки очевидно, що універсального визначення, однаково придатного для всіх випадків, бути не може.
Хоча сучасні методи дослідження дозволяють зафіксувати вельми слабкі хімічні взаємодії з енергією близько десятої частки ккал/моль, у переважній більшості випадків у розчинах вони не можуть бути виявлені. Справа в тому, що енергетичні ефекти змішування можна порівняти, а часто значно перевищують зазначену величину. Ось чому слабка енергетика хімічної взаємодії у розчинах може бути виділена і натомість значних теплових ефектів змішування, і навіть теплового руху молекул.
У цих випадках вважають за краще говорити про відсутність хімічної взаємодії між компонентами, що утворюють розчин. Така думка є наближенням, дуже придатним для розгляду процесів, що протікають у розчинах.
Таким чином, процес хімічної взаємодії між розчиненою речовиною АК та розчинником S
з погляду -уявлень, які будуть дотримуватися і в цій книзі, протікає не завжди. Він необхідний лише тоді, коли утворюється електролітний розчин. У літературі хімічну сполуку (АК) mSn часто називають сольватом, а сам процес – сольватацією. Насамперед поняття «сольват» дуже часто ототожнювали з поняттям «з'єднання невизначеного складу». У тих же випадках, коли стехіометрія взаємодії між АК і S була точно відома, вживали термін «продукт приєднання». У міру вдосконалення методів дослідження розчинів смислова відмінність між цими двома поняттями поступово зникає. У цій книзі ми вважатимемо ці поняття синонімами, застосовуючи, дотримуючись традиції, яка укорінилася в літературі, термін «сольватація» для позначення процесів приєднання молекул розчинника до іонів, а термін «продукт приєднання» — для сольватів, що утворюються в рідких системах. У разі іонних сольватів прийнято розрізняти первинну та вторинну сольватну оболонку. При цьому в первинну оболонку входить порівняно невелика кількість молекул розчинника, які безпосередньо пов'язані з іоном (причому енергія зв'язку іон — молекула розчинника порівнянна з енергією хімічного зв'язку) і які переміщуються в розчині разом з іоном. Вторинна сольватна оболонка включає значно більше молекул розчинника. Межі цієї оболонки визначаються зміною фізико-хімічних показників розчинника під впливом іона.
Дослідження стехіометрії та глибини взаємодії в розчинах, тобто вивчення стехіометрії та константи рівноваги процесу є предметом найширшого розділу теорії розчинів.