Como a polaridade molecular está relacionada à solubilidade?

Porque isto é assim?

Substâncias polares tendem a se dissolver em solventes polares, e substâncias não polares se dissolvem em solventes não polares.

Quando um soluto dissolve-se em solvente as partículas individuais do soluto se separam de seus vizinhos e se movem entre os espaços das partículas de solvente.

As partículas de solvente colidem com as partículas de soluto e o forças intermoleculares de atração entre as partículas de soluto e solvente "retêm" as partículas de soluto nos espaços.

Existem três etapas para o processo de dissolução:

1. As partículas de solvente devem se separar para abrir espaço para partículas de soluto. Esse processo requer energia para superar as forças de atração entre as partículas de solvente. Este passo é endotérmico.

2. As partículas de soluto devem se separar de seus vizinhos. Esse processo também requer energia para superar as forças de atração entre as partículas do soluto. Este passo é endotérmico.

3. Quando as partículas de soluto se movem entre as partículas de solvente, o forças intermoleculares de atração entre o soluto e o solvente agarram e as partículas "estalam" para trás e se aproximam. Este processo libera energia. Este passo final é exotérmico.

Considere o processo de dissolver um cristal de sal (#"NaCl"#) na água.

Um cristal de sódio consiste em uma matriz de íons sódio (amarelo) e íons cloreto (verde).

A água é um solvente polar: o #"O"# final tem um negativo parcial (#δ^-#) cobrança e #"H"# termina tem #δ^+# cobranças.

Quando você coloca o sal na água, o #δ^+# extremidades das moléculas de água cercam o #"Cl"^-# íons do #"NaCl"#, e as #δ^-# extremidades da água cercam o #"Na"^+# íons do #"NaCl"#.

Os íons tornam-se solvatados (hidratados).

Este é um processo de liberação de energia.

Então, os fins positivos e negativos do #"H"_2"O"# que não estão ao redor do #"NaCl"# íons se atraem, mantendo tudo unido em um tridimensional H-ligação rede.

O #"NaCl"# dissolve porque você recebe mais energia da hidratação do #"Na"^+# e #"Cl"^-# íons necessários para remover os íons da superfície do cristal.

E se você tiver um líquido polar como o etanol, #"C"_2"H"_5"OH"#?

Dissolverá na água?

As moléculas de etanol são atraídas uma pela outra pela ligação H.

E as moléculas de água são atraídas uma pela outra pela ligação H.

Se você adicionar suavemente etanol à água, poderá obter duas camadas, nas quais o etanol menos denso está no topo.

Na interface entre as camadas, as moléculas de etanol podem se ligar H à água e as moléculas de água podem se ligar H ao etanol.

Como as atrações entre as moléculas são semelhantes, as moléculas podem se misturar livremente entre si.

Água e etanol são miscíveis em todas as proporções.

Basta um turbilhão suave e temos uma mistura homogênea (uma solução) das duas substâncias.

E se você tiver uma substância não polar como o hexano?

Dissolverá na água?

Se adicionarmos hexano à água, o hexano flutuará no topo da água sem mistura aparente.

As forças atrativas entre as moléculas de hexano são as forças de dispersão relativamente fracas de Londres.

As forças atrativas entre as moléculas de água são as ligações H relativamente fortes.

As únicas forças atrativas entre as moléculas de hexano e água são as forças de Londres.

Assim, algumas moléculas de hexano entrarão na camada de água, mas as fortes forças atraentes entre as moléculas de água mantêm a maior parte das moléculas de hexano fora.

Da mesma forma, algumas moléculas de água entrarão na camada de hexano por causa das forças de Londres em água e hexano.

Água e hexano são imiscíveis. Eles não se dissolvem um no outro.

Finalmente, substâncias não polares, como hexano e pentano, se dissolverão uma na outra?

As forças atrativas entre as moléculas de hexano e pentano são as forças de dispersão relativamente fracas de Londres.

Há pouca resistência a uma molécula de um composto se movendo para a outra camada.

Quando as moléculas de pentano não polar se movem para o hexano não polar, as forças de Londres são interrompidas entre as moléculas de hexano, mas novas forças de Londres são formadas entre as moléculas de hexano e pentano.

Como as moléculas são muito semelhantes, a estrutura da solução e os pontos fortes das atrações entre as partículas são muito semelhantes à estrutura e atrações encontradas nos líquidos separados.

Quando essas propriedades não são significativamente diferentes na solução e nos líquidos separados, é em grande parte a tendência natural de um sistema em direção ao aumento da desordem (maior entropia) que as leva à solução.

Assim, a polaridade afeta a solubilidade.

Se o soluto e o solvente tiverem aproximadamente a mesma polaridade, provavelmente formarão uma solução.

"Como se dissolve como": Solutos polares se dissolvem em solventes polares; solutos não polares se dissolvem em solventes não polares.