Растворение веществ в органических растворителях

В свете донорно-акцепторных  взаимодействий образование молекулярных комплексов (сольватов) можно представить  как взаимодействие кислоты Льюиса с основанием Льюиса. Прочность сольватов  будет определяться не только кислотностью или основностью растворителя, но и в соответствии с концепций  ЖМКО(жестких и мягких кислот и оснований): жесткие кислоты предпочтительно связываются с жесткими основаниями, а мягкие кислоты - с мягкими основаниями.

Несмотря на сравнительно большой выбор растворителей, индивидуальный растворитель не всегда способен обеспечить оптимальные условия проведения конкретной реакции. Из изложенного следует, что влияние растворителя на протекание химического процесса определяется, прежде всего, двумя его характеристиками: донорно-акцепторными (кислотно-основными) свойствами и диэлектрической проницаемостью. Подбор растворителя для конкретного процесса проводится в первую очередь с учетом этих характеристик. В случаях, если индивидуальный растворитель не может обеспечить удовлетворительного сочетания этих характеристик, выход находят в применении смешанных растворителей. Комбинируя растворители и их соотношения, можно подобрать смешанный растворитель с заданными характеристиками как по диэлектрической проницаемости, так и по донорно-акцепторным свойствам. Обращаясь к смешанным растворителям, можно влиять и на другие свойства (вязкость, летучесть, электропроводность).

 

 

 

 

 

 

 

 

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       

4. История изучения растворимости неорганических солей в неводных растворителях

Среди экспериментальных  и теоретических исследований встречается  незначительное число работ, связанных  с определением одного из важнейших  свойств вещества – растворимость. Как следует из обзора литературы, растворимость, как правило, изучена  в индивидуальных растворителях  и узкой области температур. Отсутствие общей теории растворов не позволяет  в настоящее время осуществлять априорный выбор того или иного  растворителя для растворения веществ. Ввиду сложности явления растворимости, рядом зарубежных и отечественных  исследователей были высказаны мнения о том, что создание единой теории растворов является невозможным. Первым, кто понял необходимость создания единой теории растворов, был Д.И. Менделеев. В настоящее время современное  изучение теории растворов и растворимости  идет по пути установления частных  закономерностей, охватывающих отдельные  группы растворов и отдельные  группы явлений, которые протекают  в растворах. Известно, что самым  распространенным и наиболее важным растворителем является вода. Поэтому  неудивительно, что наибольшее число  работ, посвященных изучения растворимости, связано именно с этим растворителем. Однако, благодаря особой химической природе воды (ассоциация, полярность, наличие водородной связи), процесс  растворения твердых веществ  в воде связан с целым рядом  явлений, учет которых очень затруднителен. Применение неводных растворителей  для изучения процессов растворения  во многих случаях позволяет исключить  из рассмотрения процессы, которые  связаны с химическими особенностями  воды.

Сложность процесса растворения  определяется влиянием многих факторов: строением растворяющегося вещества и структурой растворителя, диэлектрическими свойствами растворителя, температурой и т.д. Из литературного обзора известно, что растворимость солей, как  показал Вальден, зависит от диэлектрической проницаемости (ДП) растворителя. Им было показано, что растворимость ряда электролитов возрастает пропорционально кубу диэлектрической проницаемости растворителя согласно уравнению:

 S*D^1/3=const, где S -  растворимость.

Но существует ряд солей, имеющих одинаковую растворимость в растворителях с разной диэлектрической проницаемостью, так как растворимость солей определяется не только электростатическими силами взаимодействия молекул растворенного вещества и растворителя, но и химической природой последних. Следовательно, уравнение Вальдена не носит общего характера. Оно характеризует частную закономерность, наблюдаемую в процессе растворения веществ.

Н.А. Измайловым с его сотрудниками и Борном было показано, что растворимость  многих солей в различных растворителях  одинакова по своей химической природе, подчиняется уравнению, согласно которому логарифм растворимости линейно зависит от обратной величины диэлектрической приницаемости растворителя.

logS = K + A*1/D

S – растворимость, К, А – опытные константы.

Если растворять какое  – либо вещество в растворителе, молекулы которого взаимодействуют  друг с другом гораздо слабее, чем  молекулы растворяющегося вещества с ними и друг с другом, то растворимость  будет мала. При усилении молекулярного  поля растворителя растворимость будет  повышаться и достигнет максимума  в том растворителе, сила молекулярного  поля которого наиболее близка к силам  молекулярного поля растворяющегося  вещества. Дальнейшее усиление молекулярного  поля растворителя приведет к уменьшению растворимости. Это правило растворимости  было названо правилом В.К. Семенченко, а кривая, связывающая растворимость с диэлектрической проницаемостью или какой-либо другой величиной, характеризующей молекулярное поле растворителя, получило название кривой Семенченко.

Дальнейшим шагом на пути развития теории растворов и растворимости, как свидетельствует ряд  русских  ученых (В.Ф. Тимофеев), явилась попытка  Корнели и Томсона связать  растворимость с температурой его  плавления.

Большой экспериментальный  материал по растворимости различных  веществ в воде показал, что величина растворимости в значительной степени  зависит от температуры. Гей-Люссак первый предпринял попытку систематически изучать этот вопрос, вывел зависимость  между приращением растворимости  и температуры:

dS/S=f(T)dT или в интегральной форме: lnS=Ф(Т)+С

И.М. Сеченев, изучая растворимость газов в солевых растворах, вывел экспоненциальный закон уменьшения растворимости газа с увеличением в растворе концентрации электролита:

S=S*e^-КС

S – концентрация газа в чистом растворителе

S – растворимость газа в растворе, содержащим постороннее вещество (соль) концентрации С моль/л.

K – постоянная для данной системы и температуры величина.

          Этот эмпирический закон  получил дальнейшее подтверждение. Шахпаронов показал, что эмпирический закон растворимости Сеченева является частным случаем общего уравнения растворимости.

В.А. Курбатов попытался связать  явления межатомного сцепления  с физическими и химическими  свойствами растворенного вещества. С.С. Чин нашел общую зависимость  между растворимости двух сходных  типов солей. 

          Следующим этапом развития теории растворов является уравнение растворимости Шредера:

 

lgS =  a-b/T

a=λ/4,57

b= -λ/4,57

λ – скрытая теплота плавления,

выведенное им в 1891 году.

Ограниченность приложимости уравнения Шредера объясняется тем обстоятельством, что при его выводе не учтены некоторые факторы,  которые влияют на растворимость (изменение скрытой теплоты плавления с температурой, явлении ассоциации и диссоциации, размеры и строение частиц, составляющих раствор и др.).Уравнение Шредера применимо в том случае, когда состав образуемой твердой фазы в изучаемом температурном интервале не меняется.

За последнее время  появился ряд работ, посвященных  изучению зависимости растворимости  от термодинамических постоянных компонентов, составляющих раствор. Тредвелл и Алеман сделали попытку связать величину растворимости с потенциалом разложения данной соли, теплотой ее образования и изменением энтропии при образовании соли из элементов. К.Б. Яцимирскиий полагает, что в случае типичных ионных соединений можно непосредственно установить связь между растворимостью соли, зарядом и радиусом ионов, составляющих данную соль. А.Ф. Капустинский, К.Б. Яцимирский использовали зависимость между растворимостью соли, теплотой растворения и энтропией растворения, которая выражается уравнением:

nRTlna= Z + TS

n – число ионов, образующих молекулу соли

a – активность насыщенного раствора

Z – теплота растворения

          S – энтропия растворения, представляющая разность между энтропией соли в растворе и кристаллическом состоянии. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Заключение.

Применение растворителей  в органической химии не ограничивается только их участием в проведении химических реакций. Велика роль растворителей  в очистке органических соединений (кристаллизация, экстракция, препаративная  хроматография) и их идентификации  с помощью спектральных методов. В каждом из этих направлений предъявляются  свои специфические требования к  растворителям. Органические растворители - это, прежде всего, углеводороды и их галогенопроизводные, спирты, простые и сложные эфиры, кетоны, нитросоединения. Органические растворители очень широко применяются в производстве пластмасс, лаков и красок, синтетических волокон, смол, клеев, в полиграфии, резиновой промышленности, при экстракции растительных жиров, для химической чистки одежды; кроме того, их используют для очистки химических соединений перекристаллизацией, при хроматографическом разделении веществ, для создания определённой среды и т. д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

1. Райхардт К. Растворители  и эффекты среды в органической  химии. М.: Мир, 1991. 763 с.

2. Райхардт К. Растворители  в органической химии. Л.: Химия, 1973. 150 с.

3. Днепровский А.С., Темникова Т.И. Теоретические основы органической химии. Л.: Химия, 1991. 560 с.

4. Фиалков Ю.Я. Растворитель  как средство управления химическим  процессом. Л.: Химия, 1990. 283 с.

5. Фиалков Ю.Я. Растворитель  как средство управления химическим  процессом. М.: Знание, 1988. 46 с.

6. Бургер К. Сольватация,  ионные реакции и комплексообразование  в неводных средах. М.: Мир, 1984. 25 с.

7. Амис Э. Влияние растворителя  на скорость и механизм химических  реакций. М.: Мир, 1968. 328 с.

8. Энтелис С.Г., Тигер Р.П.  Кинетика реакций в жидкой  фазе: Количественный учет влияния  среды. М.: Химия, 1973. 416 с.

9. Москва В.В. Понятие  кислоты и основания в органической  химии // Соросовский Образовательный  Журнал. 1996. № 12. С. 33-40.

10. Москва В.В. Водородная  связь в органической химии  // Там же. 1998. № 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

               Министерство образование и науки  РФ

         ФБГОУ ВПО «Саратовский государственный университет

                                                          имени Н.Г. Чернышевского»

 

                

 

 

           Кафедра общей и неорганической химии

 

РАСТВОРЕНИЕ ВЕЩЕСТВ В  ОРГАНИЧЕСКИХ     РАСТВОРИТЕЛЯХ

 

 

 

                   КУРСОВАЯ РАБОТА

 

 

 

 

 

 

Студентки 1 курса дневного отделения Института химии СГУ

                          Котовой Ирины Витальевны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Научный руководитель:

Кандидат хим. Наук, доцент                    _____________ Т.М. Варламова

 

Зав. Кафедрой:

Член-корр. РАЕН

Доктор хим. Наук, профессор                  _____________ С.П. Муштакова

 

 

 

 

 

                               Саратов 2012