çözünürlük - Solubility

Çözünmüş bir katı için örnek (solda)
4.2 M amonyum sülfat çözeltisinde kristallerin oluşumu . Çözelti başlangıçta 20°C'de hazırlandı ve daha sonra 2 gün 4°C'de saklandı.

Çözünürlük , çözünen adı verilen katı , sıvı veya gaz halindeki bir kimyasal maddenin katı, sıvı veya gaz halindeki bir çözücü içinde çözünmesi özelliğidir . Bir maddenin çözünürlüğü temel olarak çözünenin ve çözücünün fiziksel ve kimyasal özelliklerinin yanı sıra sıcaklık, basınç ve çözeltinin diğer kimyasallarının (pH'deki değişiklikler dahil) varlığına bağlıdır . Bir maddenin belirli bir çözücüdeki çözünürlüğünün kapsamı, daha fazla çözünen eklenmesinin çözeltinin konsantrasyonunu artırmadığı ve fazla miktarda çözünen maddeyi çökeltmeye başladığı doyma konsantrasyonu olarak ölçülür .

Çözünmezlik, katı, sıvı veya gaz halindeki bir çözücüde çözünememe durumudur.

Çoğu zaman çözücü, saf madde veya karışım olabilen bir sıvıdır . Katı çözeltiden de bahsedilebilir , ancak nadiren gazdaki çözeltiden söz edilebilir ( bunun yerine bkz. buhar-sıvı dengesi ).

Belirli koşullar altında, denge çözünürlüğü aşılarak yarı kararlı olan sözde aşırı doymuş bir çözelti elde edilebilir . Kristallerin metastabilitesi, kristal formuna veya partikül boyutuna bağlı olarak çözünen bir kimyasalın miktarında belirgin farklılıklara da yol açabilir. Aşırı doymuş bir çözelti genellikle 'tohum' kristalleri eklendiğinde ve hızlı dengeleme meydana geldiğinde kristalleşir. Fenilsalisilat, tamamen eridiğinde ve daha sonra füzyon noktasının altına soğutulduğunda böyle basit gözlemlenebilir bir maddedir.

Çözünürlük, bir maddeyi çözme yeteneği ile karıştırılmamalıdır, çünkü çözelti kimyasal reaksiyon nedeniyle de oluşabilir. Örneğin çinko , bir yer değiştirme reaksiyonunda hidrojen gazı salan bir kimyasal reaksiyonun sonucu olarak hidroklorik asit içinde ( efervesans ile ) çözünür . Çinko iyonları asitte çözünür.

Bir maddenin çözünürlüğü, çözünme hızı olan çözelti oranından tamamen farklı bir özelliktir . Bir parçacık ne kadar küçükse, bu genellemeye eklenecek birçok faktör olmasına rağmen o kadar hızlı çözünür.

Çözünürlük, kimya, jeokimya, inorganik, fiziksel, organik ve biyokimyanın tüm alanları için geçerlidir. Her durumda, fiziksel koşullara (sıcaklık, basınç ve konsantrasyon) ve ilgili çözücüler ve çözünenlerle doğrudan ilgili entalpi ve entropiye bağlı olacaktır. Kimyada bugüne kadarki en yaygın çözücü, çok çeşitli organik maddelerin yanı sıra çoğu iyonik bileşik için bir çözücü olan sudur . Bu, asitlik ve alkalilik ile birçok çevresel ve jeokimyasal çalışmada çok önemli bir faktördür.

IUPAC tanımı

IUPAC tanımına göre çözünürlük, belirlenmiş bir çözücü içinde belirlenmiş bir çözünenin oranı olarak ifade edilen doymuş bir çözeltinin analitik bileşimidir. Çözünürlük molarite, molalite, mol kesri, mol oranı, hacim (çözücü) başına kütle (çözünür) ve diğer birimler gibi çeşitli konsantrasyon birimlerinde ifade edilebilir.

Çözünürlük derecesini tanımlamak için kullanılan niteleyiciler

Çözünürlük derecesi, suda etanol gibi sonsuz çözünür (sınırsız) ( karışabilir ) ile sudaki gümüş klorür gibi zayıf çözünür arasında geniş bir aralıkta değişir . Terimi, çözünmez genellikle zayıf ya da çok az çözünen bileşiklerin uygulanır. Belirli bir uygulama için çözünürlük derecesini nitelemek için bir dizi başka tanımlayıcı terim de kullanılır. Örneğin, ABD Farmakopesi aşağıdaki terimleri verir:

Terim 1 kütle kısmı çözüneni çözmek için gereken çözücünün kütle kısımları
çok çözünür <1
Serbestçe çözünür 1 ila 10
Çözünür 10 ila 30
az çözünür 30 ila 100
Az çözünür 100 ila 1000
Çok az çözünür 1000 ila 10.000
Pratik olarak çözünmez veya çözünmez ≥ 10.000

Bir şeyi çözülmez olarak tanımlama eşikleri veya benzer terimler uygulamaya bağlı olabilir. Örneğin, bir kaynak, çözünürlükleri 100 mL çözücü başına 0.1 g'dan az olduğunda maddelerin "çözünmez" olarak tanımlandığını belirtir.

moleküler görünüm

Çözünürlük dinamik denge altında meydana geldiği aynı anda ve karşılıklı süreçlerden çözünürlük sonuçları aracı çözünme ve faz (örneğin, birleştirme çökeltme ve katı ). Çözünürlük dengesi, iki işlem sabit bir hızda ilerlediğinde meydana gelir.

Çözünürlük terimi , çözünenin solvoliz ile değiştirildiği bazı alanlarda da kullanılır . Örneğin, birçok metal ve oksitlerinin "hidroklorik asitte çözünür" olduğu söylenir, ancak aslında sulu asit, çözünür ürünler verecek şekilde katıyı geri dönüşümsüz olarak bozar. Çoğu iyonik katının polar çözücüler tarafından çözüldüğü de doğrudur, ancak bu tür işlemler tersine çevrilebilir. Çözücünün buharlaşması üzerine çözünenin geri kazanılmadığı durumlarda, işleme solvoliz denir. Termodinamik çözünürlük kavramı, doğrudan solvoliz için geçerli değildir.

Bir çözünen çözündüğünde, çözeltide birkaç tür oluşturabilir. Örneğin, bir sulu süspansiyon, bir demir hidroksit , Fe (OH)
2
, [Fe(H) dizisini içerecektir.
2
Ö)
x
(AH)
x
](2x)+
yanı sıra diğer türler. Ayrıca, demirli hidroksitin çözünürlüğü ve çözünür bileşenlerinin bileşimi pH'a bağlıdır . Genel olarak, çözücü fazındaki çözünürlük, yalnızca termodinamik olarak kararlı olan belirli bir çözünen için verilebilir ve çözünürlüğün değeri, çözeltideki tüm türleri (yukarıdaki örnekte, tüm demir içeren kompleksleri) içerecektir.

Çözünürlüğü etkileyen faktörler

Çözünürlük belirli fazlar için tanımlanmıştır . Örneğin, çözünürlüğü, aragonit ve kalsit su içinde her ikisi de olsa bile, farklı beklenmektedir polimorflar arasında kalsiyum karbonat ve aynı sahip kimyasal formülü .

Bir maddenin diğerinde çözünürlüğü , çözücü ve çözünen arasındaki moleküller arası kuvvetlerin dengesi ve çözünmeye eşlik eden entropi değişimi ile belirlenir. Sıcaklık ve basınç gibi faktörler bu dengeyi değiştirerek çözünürlüğü değiştirecektir.

Çözünürlük, çözücü içinde çözülmüş diğer türlerin, örneğin sıvılarda kompleks oluşturan anyonların ( ligandlar ) varlığına da güçlü bir şekilde bağlı olabilir . Çözünürlük, aynı zamanda, ortak iyon etkisi olarak bilinen bir fenomen olan, çözeltideki bir ortak iyonun fazlalığına veya eksikliğine de bağlı olacaktır . Daha az ölçüde, çözünürlük çözeltilerin iyonik gücüne bağlı olacaktır . Son iki etki, çözünürlük dengesi denklemi kullanılarak ölçülebilir .

Redoks reaksiyonunda çözünen bir katı için, çözünürlüğün potansiyele bağlı olması beklenir (katının termodinamik olarak kararlı faz olarak kaldığı potansiyeller aralığında). Örneğin, yüksek-ısı dereceli suda, altın çözünürlük redoks potansiyeli yüksek bir oksitleme Fe ile kontrol edildiğinde (daha yüksek yani yaklaşık on katı), yüksek büyüklük olarak hemen hemen bir sipariş olduğu gözlenmektedir 3 O 4 Fe'den 2 O 3 redoks tampon daha orta derecede oksitleyici bir Ni-NiO tamponu ile.

ÇözünürlükVsTemperature.png

Çözünürlük (metastabil, doygunluğa yaklaşan konsantrasyonlarda) aynı zamanda kristalin veya çözünen damlacığının fiziksel boyutuna (veya tam anlamıyla, çözünenin spesifik yüzey alanına veya molar yüzey alanına) bağlıdır. Niceleme için, çözünürlük dengesi hakkındaki makaledeki denkleme bakın . Yüksek derecede kusurlu kristaller için, artan düzensizlik derecesi ile çözünürlük artabilir. Bu etkilerin her ikisi de, çözünürlük sabitinin kristalin Gibbs enerjisine bağımlılığı nedeniyle ortaya çıkar. Son iki etki, ölçülmesi genellikle zor olmakla birlikte, pratik öneme sahiptir. Örneğin, çökelti yaşlanması için itici gücü sağlarlar (zamanla kendiliğinden artan kristal boyutu).

Sıcaklık

Belirli bir çözünen maddenin belirli bir çözücüdeki çözünürlüğü sıcaklığın fonksiyonudur. Değişikliği bağlı olarak Gibbs serbest enerjisi erime reaksiyonu (AG), örneğin üzerine, endotermik (AG> 0) ya da ekzotermik erime reaksiyonu (AG <0) karakteri, belirli bir bileşiğin çözünürlüğü arttırabilir ya da azalma sıcaklık. Hoff denkleminden van 't çözünürlük dengesi sabiti (K değişikliğini ilgilidir sp sıcaklık değişimi ve reaksiyon için) entalpi değişimi (AH). Çoğu katı ve sıvı için çözünürlükleri sıcaklıkla artar çünkü çözünme reaksiyonları endotermiktir (ΔG > 0). Yüksek sıcaklıklarda sıvı suda (örneğin kritik sıcaklığa yaklaşan ), iyonik çözünenlerin çözünürlüğü, sıvı suyun özelliklerinin ve yapısının değişmesi nedeniyle azalma eğilimindedir; daha düşük dielektrik sabiti , daha az polar bir çözücüye ve çözünme reaksiyonunun ΔG'sini etkileyen hidrasyon enerjisinin değişmesine neden olur.

Gaz halindeki çözünenler, sıcaklıkla daha karmaşık davranış sergiler. Sıcaklık yükseldikçe, gazlar genellikle suda daha az çözünür hale gelir (hidrasyonlarına bağlı olarak ekzotermik çözünme reaksiyonu) (minimumda, çoğu kalıcı gaz için 120 °C'nin altındadır), ancak organik çözücülerde daha fazla çözünür (endotermik çözünme reaksiyonu ile ilgili) bunların çözülmesi).

Grafik, bazı tipik katı inorganik tuzlar için çözünürlük eğrilerini gösterir (sıcaklık Santigrat derece cinsindendir, yani kelvin eksi 273.15). Birçok tuz, baryum nitrat ve disodyum hidrojen arsenat gibi davranır ve sıcaklıkla birlikte çözünürlükte büyük bir artış gösterir (ΔG > 0). Bazı çözünenler (örneğin sudaki sodyum klorür ), sıcaklıktan (ΔG ≈ 0) oldukça bağımsız bir çözünürlük sergiler. Kalsiyum sülfat ( alçıtaşı ) ve seryum(III) sülfat gibi birkaçı, sıcaklık arttıkça suda daha az çözünür hale gelir (ΔG < 0). Bu, 70 °C'deki çözünürlüğü 25 °C'deki değerinin yaklaşık yarısı olan kalsiyum hidroksit ( portlandit ) için de geçerlidir . Kalsiyum hidroksitin suda çözünmesi de ekzotermik bir işlemdir (ΔG < 0) ve van 't Hoff denklemine ve Le Chatelier ilkesine uyar . Sıcaklığın düşürülmesi, sistemden çözünme ısısının uzaklaştırılmasını ve dolayısıyla Ca(OH) 2'nin çözünmesini kolaylaştırır: bu nedenle portlandit çözünürlüğü düşük sıcaklıkta artar. Bu sıcaklık bağımlılığına bazen "geriye dönük" veya "ters" çözünürlük denir. Bazen, daha karmaşık bir model olduğu gibi, görülmektedir sodyum sülfat daha az çözünür deka, hidrat kristal ( mirabilit ) kaybeder kristalizasyon suyu 32 ° C de bir daha çözünür oluşturmak üzere susuz faz ( tenardit ) için değişiklik Gibbs serbest enerjisi ( ΔG), çözünme reaksiyonunun.

Katının sıvı suda sıcaklığa bağlı çözünürlüğü yüksek sıcaklık.svg

Organik bileşiklerin çözünürlüğü hemen hemen her zaman sıcaklıkla artar. Katıların saflaştırılması için kullanılan yeniden kristalleştirme tekniği, bir çözünenin sıcak ve soğuk çözücüdeki farklı çözünürlüklerine bağlıdır. Bazı siklodekstrinler gibi birkaç istisna mevcuttur .

Baskı yapmak

Yoğunlaştırılmış fazlar (katılar ve sıvılar) için, çözünürlüğün basınca bağımlılığı tipik olarak zayıftır ve pratikte genellikle ihmal edilir. İdeal bir çözüm varsayarsak , bağımlılık şu şekilde ölçülebilir:

göstergesi burada bileşenler yinelenir mol fraksiyonu , çözelti içinde inci bileşen basıncı, göstergesi sabit bir sıcaklığa değinmektedir, bir kısmi molar hacmi içinde çözelti içinde inci bileşen, kısmi molar hacmi arasında ve çözünen bir katı madde olarak inci bileşen, bir evrensel gaz sabiti .

Çözünürlüğün basınca bağımlılığı bazen pratik öneme sahiptir. Örneğin, petrol sahalarının ve kuyuların kalsiyum sülfat tarafından çökeltilmesi (azalan basınçla çözünürlüğünü azaltır) zamanla üretkenliğin azalmasına neden olabilir.

Gazların çözünürlüğü

Henry yasası , gazların çözücülerdeki çözünürlüğünü ölçmek için kullanılır. Bir gazın bir çözücü içindeki çözünürlüğü, o gazın çözücünün üzerindeki kısmi basıncı ile doğru orantılıdır . Bu ilişki Raoult yasasına benzer ve şu şekilde yazılabilir:

burada bir sıcaklığa bağlı sabiti (örneğin, 769,2 L · atm / mol için dioksijen (O 2 298 K'da) su), kısmi basınç (atm) 'dir ve bir konsantrasyon (sıvı içinde çözülmüş gaz mol/L).

Gazların çözünürlüğü bazen Bunsen çözünürlük katsayısı kullanılarak da ölçülür .

Küçük kabarcıkların varlığında , gazın çözünürlüğü, yarıçapın basınç üzerindeki etkisinden başka hiçbir şekilde kabarcık yarıçapına bağlı değildir (yani, küçük kabarcıklarla temas halindeki sıvıdaki gazın çözünürlüğü, aşağıdakilerden dolayı artar). Δp = 2γ/r ile basınç artışı; bkz. Young–Laplace denklemi ).

Henry yasası, çözünme sırasında kimyasal tür değişikliğine uğramayan gazlar için geçerlidir. Sieverts yasası , bu varsayımın geçerli olmadığı bir durumu gösterir.

Karbon dioksit içinde çözünürlük deniz suyu , sıcaklık, çözeltinin pH'ı tarafından etkilenir ve ile bir karbonat tamponu. Sıcaklık arttığında deniz suyunda karbondioksitin çözünürlüğünün azalması, Antarktika'daki Vostok sahasındaki buz çekirdeklerinde gözlemlendiği gibi, geçmişteki ve gelecekteki iklim değişikliklerini şiddetlendiren önemli bir geriye dönük tepki faktörüdür (pozitif geri bildirim) . En Jeolojik zaman ölçeği, çünkü Milankovich döngüleri astronomik toprak yörüngesinin parametreleri ve dönme aşamalı değiştirme ve düzenleme bir eksen zaman, güneş ışınımını toprak yüzeyinde sıcaklık başlar geliştirmek için. Bir erimeye süresi başlatıldığında, okyanusların aşamalı ısıtma CO açıklamaları 2 daha sıcak deniz suyu, alt çözünürlüğünün atmosferde. Bunu Dönüşte, CO daha yüksek seviyeler 2 atmosferde artış sera etkisi ve karbon dioksit, genel ısınmanın bir amplifikatör olarak hareket eder.

Polarite

Çözünürlüğü tahmin etmek için kullanılan popüler bir aforizma , Latince'de " Similia similibus solventur " olarak da ifade edilen " gibi çözülür " şeklindedir. Bu ifade, bir çözünen maddenin kendisine benzer kimyasal yapıya sahip bir çözücüde en iyi şekilde çözüleceğini gösterir. Bu görüş basittir, ancak kullanışlı bir genel kuraldır. Bir çözücünün genel çözme kapasitesi öncelikle polaritesine bağlıdır . Örneğin, üre gibi çok polar ( hidrofilik ) bir çözünen , yüksek polar suda çok çözünür, oldukça polar metanolde daha az çözünür ve benzen gibi polar olmayan çözücülerde pratik olarak çözünmez . Buna karşılık, naftalin gibi polar olmayan veya lipofilik bir çözünen suda çözünmez, metanolde oldukça çözünür ve polar olmayan benzende yüksek oranda çözünür.

Sodyum klorürün suda çözünmesi

Daha da basit bir ifadeyle , sodyum klorür (ortak tuz ) gibi basit bir iyonik bileşik (pozitif ve negatif iyonlu ), yüksek polar bir çözücüde (pozitif (δ+) ve negatif (δ-) yüklerin bir miktar ayrılmasıyla ) kolayca çözünür . kovalent molekül) su gibi , bu nedenle deniz, erken jeolojik çağlardan beri çözünmüş tuzları biriktirdiği için tuzludur.

Çözünürlük tarafından tercih edilmektedir karıştırma entropiS ) bağlıdır ve çözünme entalpisiH ) ve hidrofobik etki . Serbest enerji çözünme (arasında Gibbs enerjisi ) sıcaklığa bağlıdır ve ilişki ile verilir: Δ G Δ = H - TΔ s .

Kimyacılar, sıvı-sıvı ekstraksiyonu tekniğini kullanarak reaksiyon karışımlarından bileşikleri ayırmak ve saflaştırmak için genellikle çözünürlüklerdeki farklılıklardan yararlanır . Bu, ilaç sentezinden kullanılmış nükleer yakıtın yeniden işlenmesine kadar kimyanın geniş alanlarında geçerlidir .

çözünme hızı

Çözülme anlık bir süreç değildir. Çözünürlük oranı (kg/s cinsinden), çözünürlük ürünü ve malzemenin yüzey alanı ile ilgilidir. Bir katının çözünme hızı, amorf katılar ve yüzey alanı (kristal boyutu) ve polimorfizmin varlığı durumunda kristalliğine veya eksikliğine bağlı olabilir . Birçok pratik sistem, örneğin kontrollü ilaç dağıtımı için yöntemlerin tasarlanmasında bu etkiyi gösterir . Bazı durumlarda, çözünürlük dengesinin kurulması uzun zaman alabilir (çözünen doğasına ve diğer faktörlere bağlı olarak saatler, günler, aylar veya yıllar).

Çözünme hızı genellikle Noyes-Whitney denklemi veya formun Nernst ve Brunner denklemi ile ifade edilebilir:

nerede:

= çözünmüş malzeme kütlesi
= zaman
= çözünen madde ile çözücü arasındaki ara yüzeyin yüzey alanı
= difüzyon katsayısı
= Çözünen maddenin yüzeyinde çözücünün sınır tabakasının kalınlığı
= yüzeydeki maddenin kütle konsantrasyonu
= çözücünün kütlesindeki maddenin kütle konsantrasyonu

Difüzyon (veya karışım varsa kütle transferi) ile sınırlı çözünme için, maddenin çözünürlüğüne eşittir. Saf maddenin erime oranı, (genellikle erime işlemi sırasında zamanla değiştirir), katı yüzey alanına normalize edildiğinde, o zaman kg / m olarak ifade edilir 2. ler ve "gerçek çözelme oranı" olarak anılacaktır. İç çözünme hızı Amerika Birleşik Devletleri Farmakopesi tarafından tanımlanır .

Çözünme oranları, farklı sistemler arasında büyüklük sıralarına göre değişir. Tipik olarak, çok düşük çözünme hızları, düşük çözünürlüklere paraleldir ve yüksek çözünürlüğe sahip maddeler, Noyes-Whitney denkleminin önerdiği gibi, yüksek çözünme hızları sergiler.

Çözünürlüğün miktar tayini

Çözünürlük genellikle bir konsantrasyon olarak ifade edilir; örneğin, çözücünün kg'ı başına g çözünen, çözücünün dL'si (100 mL) başına g , molarite , molalite , mol kesri vb. olarak. Çözücü miktarı başına çözünebilen maksimum denge çözünen miktarı, o çözünenin çözünürlüğüdür. belirtilen koşullar altında bu çözücü içinde. Çözünürlüğü bu şekilde ifade etmenin avantajı basitliğidir, dezavantajı ise çözücüdeki diğer türlerin varlığına (örneğin, ortak iyon etkisi) güçlü bir şekilde bağlı olabilmesidir.

Çözünürlük sabitleri , nispeten düşük çözünürlüğe sahip iyonik bileşiklerin doymuş çözeltilerini tanımlamak için kullanılır (bkz. çözünürlük dengesi ). Çözünürlük sabiti, bir denge sabitinin özel bir halidir . Tuzdan çözünmüş iyonlar ile çözünmemiş tuz arasındaki dengeyi tanımlar. Çözünürlük sabiti ayrıca , çözünme reaksiyonunun tersi olan çökelme için "uygulanabilir" (yani kullanışlıdır) . Diğer denge sabitlerinde olduğu gibi sıcaklık , çözünürlük sabitinin sayısal değerini etkileyebilir. Çözünürlük sabiti çözünürlük kadar basit değildir, ancak bu sabitin değeri genellikle çözücüdeki diğer türlerin varlığından bağımsızdır.

Flory-Huggins çözelti teorisi polimerlerinin çözünürlüğünü teorik bir modeldir. Hansen çözünürlük parametrelerinin ve Hildebrand çözünürlük parametreleri çözünülürlüğünün tahmini için ampirik yöntemlerdir. Çözünürlüğü , füzyon entalpisi gibi diğer fiziksel sabitlerden de tahmin etmek mümkündür .

Genellikle logaritması (Log P) olarak ifade edilen oktanol-su bölme katsayısı , bir bileşiğin hidrofobik bir çözücü ( 1-oktanol ) ve bir hidrofilik çözücü (su) içindeki diferansiyel çözünürlüğünün bir ölçüsüdür . Bu iki değerin logaritması, bileşiklerin hidrofiliklik (veya hidrofobiklik) açısından sıralanmasını sağlar.

Çözünme ile ilişkili enerji değişimi genellikle çözeltinin entalpisi olarak çözünen maddenin molü başına verilir .

Uygulamalar

Çözünürlük, cevher işleme ve nükleer yeniden işlemeden ilaç kullanımına ve kirleticilerin taşınmasına kadar çok sayıda bilimsel disiplinde ve pratik uygulamada temel öneme sahiptir.

Çözünürlüğün genellikle "bir maddenin karakteristik özelliklerinden" biri olduğu söylenir; bu, çözünürlüğün yaygın olarak maddeyi tanımlamak, bir maddenin polaritesini belirtmek, onu diğer maddelerden ayırt etmeye yardımcı olmak ve uygulamalar için bir kılavuz olarak kullanıldığı anlamına gelir. maddenin. Örneğin, indigo "suda, alkolde veya eterde çözünmez, ancak kloroform, nitrobenzen veya konsantre sülfürik asitte çözünür" olarak tanımlanır.

Bir maddenin çözünürlüğü, karışımları ayırırken yararlıdır. Örneğin, bir tuz ( sodyum klorür ) ve silika karışımı, tuzun suda çözülmesi ve çözünmemiş silikanın filtre edilmesiyle ayrılabilir. Kimyasal bileşiklerin sentezi, bir laboratuarda miligram veya endüstride ton ile, hem istenen ürünün nispi çözünürlüklerinden hem de ayrılmayı sağlamak için reaksiyona girmemiş başlangıç ​​malzemeleri, yan ürünler ve yan ürünlerden yararlanır.

Buna bir başka örnek sentezidir , benzoik asit arasından , fenilmagnezyum bromit ve kuru buz . Benzoik asit, diklorometan veya dietil eter gibi organik bir çözücü içinde daha fazla çözünür ve bu organik çözücü ile bir ayırma hunisinde çalkalandığında , tercihen organik katmanda çözülür. Magnezyum bromür dahil olmak üzere diğer reaksiyon ürünleri sulu katmanda kalacak ve bu da çözünürlüğe dayalı ayırmanın sağlandığını açıkça göstermektedir. Sıvı-sıvı ekstraksiyonu olarak bilinen bu işlem, sentetik kimyada önemli bir tekniktir . Maksimum ekstraksiyonu sağlamak için geri dönüşüm kullanılır.

diferansiyel çözünürlük

Akan sistemlerde, çözünürlükteki farklılıklar çoğu zaman türlerin çözünme-çökelme kaynaklı taşınmasını belirler. Bu, sistemin farklı bölümleri farklı koşullarla karşılaştığında olur. Biraz farklı koşullar bile, yeterli zaman verildiğinde önemli etkilere neden olabilir.

Örneğin, nispeten düşük çözünürlüğe sahip bileşiklerin, daha ekstrem ortamlarda çözünür olduğu bulunmuştur, bu da yerkabuğundaki hidrotermal akışkanların aktivitesinin jeokimyasal ve jeolojik etkilerine neden olur. Bunlar genellikle yüksek kaliteli ekonomik maden yataklarının ve değerli veya yarı değerli taşların kaynağıdır. Aynı şekilde, düşük çözünürlüğe sahip bileşikler, uzun bir süre (jeolojik zaman) içinde çözülecek ve geniş mağara sistemleri veya Karstik kara yüzeyleri gibi önemli etkilere neden olacaktır.

İyonik bileşiklerin suda çözünürlüğü

Bazı iyonik bileşikler ( tuzlar ), pozitif ve negatif yükler arasındaki çekim nedeniyle ortaya çıkan suda çözünür (bkz: çözünme ). Örneğin, tuz, pozitif iyonlar (örneğin, Ag + ) kısmen negatif oksijen atomu çekmek H
2
Ç
. Aynı şekilde, tuz, negatif iyonlar (örneğin, Cl - ) kısmi pozitif hidrojenleri çekmek H
2
Ç
. Not: oksijen hidrojenden daha elektronegatif olduğundan kısmen negatiftir ve bunun tersi de geçerlidir (bkz: kimyasal polarite ).

AgCl
(s)
⇌ Ag+

(sulu)
+ Cl-

(sulu)

Bununla birlikte, belirli bir su hacminde ne kadar tuzun çözülebileceğinin bir sınırı vardır. Bu miktar, çözünürlük ürünü K sp tarafından verilir . Bu değer, tuzun türüne ( örneğin AgCl'ye karşı NaCl ), sıcaklığa ve ortak iyon etkisine bağlıdır.

1 litre suda çözülecek AgCl miktarı hesaplanabilir , biraz cebir gereklidir.

K sp = [Ag + ] × [Cl ] (çözünürlük ürününün tanımı)
K sp = 1.8 × 10 −10 (çözünürlük ürünleri tablosundan)

[Ag + ] = [Cl - ], diğer gümüş veya klorür tuzlarının yokluğunda,

[Ag + ] 2 = 1.8 × 10 −10
[Ag + ] = 1,34 × 10 -5

Sonuç: 1 litre su 1.34 x 10 çözebilen -5 mol arasında AgCİ
(s)
oda sıcaklığında. Diğer tuz türleri ile karşılaştırıldığında, AgCl suda çok az çözünür. Buna karşılık sofra tuzu ( NaCl ) daha yüksek bir K sp'ye sahiptir ve bu nedenle daha çözünürdür.

Çözünür çözünmez
Grup I ve NH 4 + (dışında bileşikler, lityum fosfat ) Karbonatlar (hariç Grup I , NH 4 + ve uranil bileşikleri)
nitratlar Sülfitler ( Grup I ve NH 4 + bileşikleri hariç )
Asetatlar (etanoatlar) ( Ag + bileşikleri hariç ) Fosfatlar ( Grup I ve NH 4 + bileşikleri hariç ( Li + hariç ))
Klorürler (kloratlar ve perkloratlar), bromürler ve iyodürler ( Ag + , Pb 2+ , Cu + ve Hg 2 2+ hariç ) Hidroksitler ve oksitler (hariç Grup I , NH 4 + , Ba + 2 , Sr + 2 ve Tl + )
Sülfatlar ( Ag + , Pb 2+ , Ba 2+ , Sr 2+ ve Ca 2+ hariç ) Sülfitler (hariç Grup I , Grup II ve NH 4 + bileşikler)

Organik bileşiklerin çözünürlüğü

Yukarıda polarite altında özetlenen , benzerinin benzerinin çözülmesi ilkesi , organik sistemlerde çözünürlük için genel kılavuzdur. Örneğin, hem petrol jeli hem de benzin polar olmayan hidrokarbonlar olduğundan , vazelin benzinde çözülür . Öte yandan, bu çözücülerin polaritesi çok yüksek olduğu için etil alkol veya suda çözünmez. Şeker benzine kıyasla çok polar olduğundan, şeker benzinde çözünmez. Benzin ve şeker karışımı bu nedenle süzme veya su ile özütleme yoluyla ayrılabilir .

Kesin çözüm

Bu terim genellikle metalurji alanında, bir alaşım elementinin ayrı bir faz oluşturmadan ana metal içinde çözünmesi derecesini belirtmek için kullanılır . Solvüs veya çözünürlük hattı (veya eğri) bir hat (ya da hat) bir faz diyagramı çözünen ek sınırlarını verir. Yani çizgiler, bir bileşenin başka bir bileşene eklenebilecek ve halen katı çözelti içinde olabilecek maksimum miktarını gösterir . Katının kristal yapısında, 'çözünen' element ya kafes içindeki matrisin yerini alabilir (bir ikame konumu; örneğin, demirde krom) ya da kafes noktaları arasındaki bir boşlukta (bir ara yer konumu; örneğin, demirdeki karbon).

Mikroelektronik üretimde, katı çözünürlük, substrata yerleştirilebilecek maksimum kirlilik konsantrasyonunu ifade eder.

uyumsuz çözünme

Birçok madde uyumlu bir şekilde çözülür (yani, katının bileşimi ve çözünmüş çözünenin stokiyometrik olarak eşleşmesi). Bununla birlikte, bazı maddeler uyumsuz bir şekilde çözülebilir , bu nedenle çözeltideki çözünenin bileşimi katınınkiyle eşleşmez. Bu çözünmeye "birincil katının" değişmesi ve muhtemelen ikincil bir katı fazın oluşumu eşlik eder. Bununla birlikte, genel olarak, bir miktar birincil katı da kalır ve karmaşık bir çözünürlük dengesi kurulur. Örneğin albitin çözünmesi gibsit oluşumuna neden olabilir .

NaAlSi
3
Ö
8
(ler) + H+
+ 7H
2
O ⇌ Na+
+ Al(OH)
3
(ler) + 3H
4
SiO
4
.

Bu durumda, albitin çözünürlüğünün katı/çözücü oranına bağlı olması beklenir. Bu tür bir çözünürlük, metamorfik kayaçların oluşumuyla sonuçlandığı jeolojide büyük önem taşır .

çözünürlük tahmini

Çözünürlük, çevre tahminleri, biyokimya, eczacılık, ilaç tasarımı, zirai kimyasal tasarım ve protein ligand bağlanması dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere bilimin birçok alanında ilgi çekici bir özelliktir. Suyun oynadığı hayati biyolojik ve taşıma işlevleri nedeniyle, sulu çözünürlük temel bir ilgi konusudur. Suda çözünürlük ve çözücü etkilerine olan bu açık bilimsel ilgiye ek olarak; Çözünürlüğün doğru tahminleri endüstriyel olarak önemlidir. Bir molekülün çözünürlüğünü doğru bir şekilde tahmin etme yeteneği, farmasötikler gibi birçok kimyasal ürün geliştirme sürecinde potansiyel olarak büyük mali tasarrufları temsil eder. Farmasötik endüstrisinde, çözünürlük tahminleri, ilaç adaylarının erken aşamadaki kurşun optimizasyon sürecinin bir parçasını oluşturur. Çözünürlük, formülasyona kadar bir endişe kaynağı olmaya devam etmektedir. Nicel yapı-aktivite ilişkileri (QSAR), nicel yapı-özellik ilişkileri (QSPR) ve veri madenciliği dahil olmak üzere bu tür tahminlere bir dizi yöntem uygulanmıştır . Bu modeller, verimli çözünürlük tahminleri sağlar ve mevcut standardı temsil eder. Bu tür modellerin dezavantajı, fiziksel içgörüden yoksun olmalarıdır. Mantıklı bir maliyetle benzer doğruluk seviyelerine ulaşabilen, fiziksel teoride kurulmuş bir yöntem, bilimsel ve endüstriyel olarak güçlü bir araç olacaktır.

Fiziksel teoride kurulan yöntemler, klasik termodinamikten bir kavram olan termodinamik döngüleri kullanma eğilimindedir . Kullanılan iki yaygın termodinamik döngü, ya süblimasyonun serbest enerjisinin (sıvı halden geçmeden katıdan gaza) ve gaz halindeki bir molekülü çözmenin serbest enerjisinin (gazdan çözeltiye) ya da füzyonun serbest enerjisinin (katıdan ) hesaplanmasını içerir. erimiş bir faza) ve karıştırmanın serbest enerjisi (erimişten çözeltiye). Bu iki süreç aşağıdaki diyagramlarda temsil edilmektedir.

Süblimasyon yoluyla çözünmeyi hesaplamak için termodinamik döngü
Füzyon yoluyla çözünmeyi hesaplamak için termodinamik döngü

Bu döngüler, parametrik denklemler ve QSPR modelleri ve ikisinin kombinasyonlarını oluşturmak için fiziksel olarak motive edilmiş çözücü modelleri kullanarak ilk prensip tahminleri (temel fiziksel denklemleri kullanarak çözme) girişimleri için kullanılmıştır . Bu çevrimlerin kullanımı, ya gaz (süblimasyon çevriminde) ya da bir eriyik (füzyon çevrimi) yoluyla dolaylı olarak çözünme serbest enerjisinin hesaplanmasını sağlar. Solvasyonun serbest enerjisini doğrudan hesaplamak son derece zor olduğu için bu yararlıdır. Solvasyonun serbest enerjisi, çeşitli formüller kullanılarak bir çözünürlük değerine dönüştürülebilir; en genel durum aşağıda gösterilmiştir; burada pay, çözünmenin serbest enerjisidir, R, gaz sabitidir ve T, kelvin cinsinden sıcaklıktır .

Çözünürlük tahmini için iyi bilinen uygun denklemler, genel çözünürlük denklemleridir. Bu denklemler Yalkowsky ve arkadaşlarının çalışmasından kaynaklanmaktadır . Orijinal formül önce verilir, ardından oktanol içinde farklı bir tam karışabilirlik varsayımı alan revize edilmiş bir formül verilir. Bu denklemler, füzyon döngüsünün ilkeleri üzerine kurulmuştur.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

Dış bağlantılar