XI. Rastvori

1. Rastvoruva~ Rastvorena komponenta Agregatna sostojba na r-r Primer gas gas gas vozduh te~nost gas te~nost soda voda (CO2vo voda) cvrsta faza gas cvrsta faza rastvor na H2 vo platina te~nost te~nost te~nost etanol vo voda te~nost cvrsta faza te~nost NaCl vo voda cvrta faza cvrsta faza cvrsta faza Mesing (Cu/Zn) XI. Rastvori • Osnovni svojstva na rastvorite: • Tie se homogeni smesi • Rastvorite mo`at da bidat vo gasovitaa, te~na ili cvrsta sostojba. • Sekoja supstanca prisutna vo rastvorot se narekuva komponenta na rastvorot. Obi~no komponentata {to e prisutna so najgolemo koli~estvo se narekuva rastvoruva~, a drugite komponenti se narekuvaat rastvoreni supstanci. • Vo prirodata naj~esto sre}avame vodni rastvori, kade {to H2O e rastvoruva~. • Te~nata i cvrstata agregatna sostojba obi~no se ozna~uvat so zaedni~ki poim - kondenzirana sostojba. Op{ta i neorganska hemija I, Analiti~ka biohemija, Valentin Mir~eski

2. Vo kondenziranata sostojba privle~nite sili pome|u molekulite (ili drugite gradivnite edinki) se dovolno jaki (vo sporedba so kineti~kata energija na dvi`ewe na gradivnite edinki opredelena od temperaturata na supstancata) da gi dr`at molekulite zaedno (vo kondenzirana sostojba). • Vo cvrstite supstanci, sosednite gradivni edinki se rigidno (kruto) povrzani. • Vo te~nostite, sosednite gradivni edinki mo`at delumno da se pomestuvaat edna vo odnos na druga. • Neophodni preduslovi za formirawe na rastvor, odnosno na homogena smesa, se: Privle~nite sili pome|u gradivnite edinki na rastvoruva~ot mora da se sporedlivi (sli~ni po golemina) so privle~nite sili pome|u gradivnite edinki na rastvorenata supstanca i so privle~nite sili pome|u gradivnite edinki na rastvoruva~ot i rastvorenata supstanca. Dokolku interakciite pome|u ~esti~kite na rastvorenata supstanca i rastvoruva~ot se poslabi otkolku interakciite pome|u ~esti~kite na rastvoruva~ot ili ~esti~kite na rastvorenata supstanca, toga{ nema da dojde do rastvoruvawe. Op{ta i neorganska hemija I, Analiti~ka biohemija, Valentin Mir~eski

3. Primer: Rastvoruvawe na jonski soedinenija vo voda. Merka za privle~nite sili pome|u jonite vo jonskata kristalna re{etka e energijata na re{etkata. Za da se rastvori jonskoto soedinenie vo voda, privle~nite sili pome|u molekulite na vodata i jonite treba da bidat sporedlivi so silite pome|u jonite vo re{etkata. Samo vo takov slu~aj energijata {to se osloboduva pri formiraweto na novonastanatite privle~ni interakcii pome|u vodata i jonite }e bide dovolna da ja nadopolnat energijata na re{etkata i jonskoto soedinenie da se rastvori vo voda. Procesot na opkru`uvawe (koordinirawe) na edinkite na rastvorenata supstanca so edinkite na rastvoruva~ot se narekuva solvatacija. Ako se raboti za H2O kako rastvoruva~, procesot se narekuva hidratacija. Op{ta i neorganska hemija I, Analiti~ka biohemija, Valentin Mir~eski

4. XI. 1 Energetski promeni pri formiraweto na rastvorite • Energetskiot efekt pri procesot na rastvoruvawe se narekuva entalpija na rastvoruvawe, DHdis Procesi {to imaat udel vo entalpijata na rastvoruvaweto: 1. Energija povrzana so procesot na dispergirawe na rastvorenata komponenta niz rastvoruva~ot, DH1 > 0 (ednotermen proces, neophodno e da se vnese energija vo sistemot). Despergirawe na joni od jonsko kristalno soedinenie. Op{ta i neorganska hemija I, Analiti~ka biohemija, Valentin Mir~eski

5. 2. Energija povrzana so procesot na me|usebno razdvojuvawe na molekulite na rastvoruva~ot za da se sozdade prostor za disperzija na jonite, DH2 > 0 (ednotermen proces, neophodno e da se vnese energija vo sistemot). 3. Kone~o, energija vo vrska so procesot na solvatacija, odnosno vo vrska so novoformiranite interakcii pome|u rasvorenata supstanca i rastvoruva~ot, DH3 < 0 (egzotermen proces, se osloboduva energija od sistemot). Op{ta i neorganska hemija I, Analiti~ka biohemija, Valentin Mir~eski

6. Dokolku vkupnata energijata {to treba da se vnese (potro{i) pri prvite dva procesi e pomala otkolku energijata {to se osloboduva pri procesot na solvatacija, toga{ vkupnot proces na rastvoruvaweto }e bide egzotermen i }e se odviva spontano(supstancata lesno }e se rastvoruva vo izbraniot rastvoruva~) entalpija Op{ta i neorganska hemija I, Analiti~ka biohemija, Valentin Mir~eski

7. Dokolku vkupnata energija {to treba da se vnese (potro{i) pri prvite dva procesi e pogolema otkolku energijata {to se osloboduva pri procesot na solvatacija, toga{ vkupnot proces na rastvoruvawe }e bide endotermen. (primer za endotermno rastvoruvawe e rastvoruvaweto na NH4NO3vo voda) Va`no! Iako za odvivawe na ovie procesi e neophodno da se vnese energija vo sistemot, tie sepak se odvivaat spontano, odnosno i ovie supstanci lesno se rastvoruvaat. Zo{to? entalpija Va`no! Spontanosta na hemiskite procesi zavisi od vkupnata promenena na energijata na sistemot. Site sistemi se stremat da preminat od sostojba so povisoka, kon sostojoba so poniska energija. No, ne e samo energetskata promena presuden faktor za spontanosta na procesite. Postoi i ne{to drugo! Op{ta i neorganska hemija I, Analiti~ka biohemija, Valentin Mir~eski

8. Noviot efekt e vo vrska so odnesuvaweto na mno`estvo od objekti. Crni i beli ovci na zelena livada! Sosema e prirodno ovcite da se raseano (bez odreden red) rasporedeni niz livadata. Op{ta i neorganska hemija I, Analiti~ka biohemija, Valentin Mir~eski

9. No, ov~arot saka da gi razdvoi ovcite na crni i beli. Za toa e neophodno ku~eto da izvr{i rabota za da go donese stadoto vo odreden pravilen raspored. Va`no e {to ku~eto mora da prodol`i da vr{i rabota za da go odr`i stadoto vo toj pravilen raspored. Dokolku e neophodno da se izvr{i rabota (da se vnese energija vo sistemot) za da edinkite na sistemot od odreden nered se donesat vo odreden red, toga{ e logi~no da se pretpostavi deka za obratniot proces (premin od sostojba so povisok red vo sostojba so ponizok red) bi se oslobodila energija. Vsu{nost, pri ovoj proces ne se osloboduva energija vo oblik na toplina kon okolinata na sistemot. No sepak, vnatre{nata preraspredelba na sistemot, od sostojba na visok red vo sostojba na haos (ponizok red), se ~ini deka dovedva do preod na sistemot kon sotojba so poniska energija. Op{ta i neorganska hemija I, Analiti~ka biohemija, Valentin Mir~eski

10. PROCESITE PRI KOI RASTE NEREDOT VO SISTEMOT SE SLU~UVAAT SPONTANO. Pri rastvoruvaweto na kristalnite jonski soedinenija, jonite od sostojba na visok red vo ramkite na jonskata kristalna re{etka, preminuvaat vo sostojba na visok nered, dispergirani i raseani niz volumenot na rastvoruva~ot. Silnata tendencija za postignuvawe na visok nered vo sistemot e sposobna da ja sovlada i malata pozitivna vrednost na entalpijata na rastvoruvaweto, pa celokupniot proces, iako se odviva so apsorbirawe na toplinska energija, sepak se odviva spontano. Fizi~kata veli~ina {to go otslikuva neredot na sistemot se narekuva ENTROPIJA. • Sistemi so visok nered imaat golema vrednost za entropijata. • Sistemi so niska entropija se sistemi so visok red. SISTEMITE SPONTANO NASTOJUVAAT DA PREMINAT OD SOSTOJBA SO NISKA ENTROPIJA (VISOKA SREDENOST) KON SOSTOJBA SO VISOKA ENTROPIJA (VISOKA NESREDENOST). • Entropijata na univerzumot raste. (Kako dokaz za ova pogledni go sopstveniot stan. So tekot na vremeto, negovata entropija spontano raste; toj stanuva se poneureden. Neophodno e da izvr{ime rabota, zna~i da vneseme energija vo sistemot, za da go dovedeme vo red.) Op{ta i neorganska hemija I, Analiti~ka biohemija, Valentin Mir~eski

11. XI. 2 Zasiteni rastvori i rastvorlivost • Rastvoruvawe na NaCl vo voda. Molekulite voda gi razdvojuvaat jonite i rastvorot postepeno se zbogatuva so hidratirani joni. Op{ta i neorganska hemija I, Analiti~ka biohemija, Valentin Mir~eski

12. Hidratiranite joni se sudiraat so: • molekulite voda; • so yidovite na sadot; • so drugite hidratirani joni i • so kristalot na nerastvoreniot NaCl, pri {to se sozdavaat uslovi za povtorno vgraduvawe na jonite vo re{etkata. Spored ova, postojat dva sprotivni procesi {to istovremeno se slu~uvaat: • rastvoruvawe na kristalot {to rezultira so formirawe na hidratirani joni i • sudirawe (kolizija) na jonite {to rezultira so formirawe na kristalna re{etka na jonskoto soedinenie (kristalizacija). Va`no! Pri kristalizacijata, molekulite voda gi napu{taat hidratiranite joni, odnosno se slu~uva proces obraten na hidratacijata! [ematski prikaz na procesite na rastvoruvawe i kristalizacija rastvoruvawe rastvor rastvoruva~ + rastvorena komponenta kristalizacija Op{ta i neorganska hemija I, Analiti~ka biohemija, Valentin Mir~eski

13. Dokolku brzinata na rastvoruvawe e pogolema otkolku brzinata na kristalizacijata, doa|a do namaluvawe na koli~inata na kristalen NaCl (rastvoruvawe). Dokolku brzinata na kristalizacija e pogolema otkolku brzinata na rastvoruvaweto, doa|a do nagolemuvawe na koli~inata na kristalen NaCl (kristalzacija). Ako brzinite na dvata procesi se identi~ni, toga{ sistemot se nao|a vo dinami~ka ramnote`a. Rastvor koj e vo dinami~ka ramnote`a so nerastvorenata kristalna faza na komponentata {to se rastvoruva e zasiten rastvor (pri tie uslovi, ne e vozmo`no ponatamo{no rastvoruvawe na rastvorenata komponenta vo rastvorot).Koli~estvoto na rastvorenata komponenta vo zasiten rastvor se narekuva rastvorlivost na soodvetnata komponenta. Rastvorlivosta obi~no se izrazuva kako masa od rastvorena komponenta vo opredelen volumen od rastvoruva~ (naj~esto 100 mL rastvoruva~). Primer: na 0 oC 35,7 g NaCl mo`at da se rastvorat vo 100 mL H20 i pri toa da se formira zasiten rastvor. Toa e rastvorlivosta na NaCl vo voda na dadenata temperatura. • Bidej}i rastvorlivosta naj~esto zavisi od temperaturata, sekoga{ e neophodno da se ka`e temperaturata pri koja{to e merena rastvorlivosta na supstancata. • Dokolku rastvorot sodr`i pomalo koli~estvo rastvorena komponenta otkolku zasiteniot rastvor, toj se narekuva nezasiten rastvor. Vo nezasiteniot rastvor vozmo`no e da se rastvoruva dodatno koli~estvo na rastvorena komponenta, se do formirawe na zasiten rastvor. Na primer, rastvor od NaCl {to sodr`i 30 g NaCl vo 100 mL voda e pri 0 oC e nezasiten rastvor. Vo nego mo`at da se rastvorat u{te 5,7 g NaCl, se do formirawe na zasiten rastvor. Dokolku od opredeleni pri~ini, rastvorot sod`i pogolemo koli~estvo rastvorena komponenta otkolku zasiteniot rastvor, toga{ toj se narekuva prezasiten rastvor. Takviot rastvor e nestabilen sistem i pri mala promena na uslovite lesno zapo~nuva procesot na kristalizacija, koj trae se do formirawe na zasiten rastvor.Na primer, rastvor od koj sodr`i 40 g NaCl vo 100 mL voda, pri 0 oC e prezasiten rastvor. Vo toj rastvor nabrzo }e dojde do kristalizacija na 4,3 g NaCl, odnosno toj }e premine vo zasiten rastvor. Op{ta i neorganska hemija I, Analiti~ka biohemija, Valentin Mir~eski

14. XI. 3 Faktori {to vlijaat na rastvorlivosta Rastvorlivosta zavisi od: • Osobinite na rastvorenata komponenta; • Osobinite na rastvoruva~ot; • Temperaturata; • Pritisokot (koga stanuva zbor za rastvoruvawe na gasovi). XI. 3.1 Rastvorlivost na gasoviti supstanci vo te~ni rastvoruva~i Interakcii: rastvorena komponenta-rastvoruva~ • Interakciite pome|u molekulite na gasot glavno se od Londonov tip (vid na slabi elektrostatski interakcii pome|u razli~ni molekuli). • Interakciite pome|u molekulite na gasot i rastvoruva~ot isto taka voglavno se od Londonov tip. • Londonovite interakcii se zgolemuvaat so porastot na dimenziite na molekulite i nivnata relativna masa. Spored ova, rastvorlivosta na gasovite raste so porastot na nivnata relativna molekulska masa. Primer: Kr (Ar = 83,8) e porastvorliv vo voda od Ar(Ar = 39,9), a ovoj e porastvorliv od O2 (Mr = 32), a ovoj e porastvorliv od N2 (Mr = 28). Op{ta i neorganska hemija I, Analiti~ka biohemija, Valentin Mir~eski

15. Efekt na pritisokot vrz rastvorlivosta na gasovite • Porastot na pritisokot na gasot go zgolemuva brojot na sudari na molekulite na gasot so povr{inata na rastvoruva~ot. Rastvoruvaweto na gasot se slu~uva koga negovite molekuli se sudiraat so povr{inata na rastvoruva~ot kade biduvaat solvatirani i dispergirani niz rastvoruva~ot. Spored toa, pri zgolemen pritisok, raste rastvorlivosta na gasovite. • Efekt na temperaturata vrz rastvorlivosta na gasovite • Pri zgolemena temperatura, molekulite na gasot imaat pogolema kineti~ka energija, a so toa e zgolemena verojatnosta molekulite na gasot da ja napu{tat povr{inata na rastvoruva~ot i da bidat desolvatirani. Spored ova, so porastot na temperaturata, opa|a rastvorlivosta na gasovite. • Za razlika od gasovite, drugite supstanci naj~esto podobro se rastvoruvaat pri povi{ena temperatura. Pri rastvoruvaweto na cvrsti supstanci vo te~ni rastvoruva~i, so porastot na temperaturata raste kineti~kata energija i na ~esti~kite na rastvorenata supstanca i na rastvoruva~ot, a so toa e olesneto kineweto na vrskite pome|u ~esti~kite na supstancata {to se rastvoruva. Op{ta i neorganska hemija I, Analiti~ka biohemija, Valentin Mir~eski

16. XI. 3.2 Rastvoruvawe na polari komponenti vo polarni rastvoruva~i • Polarnite komponenti lesno se rastvoruvaat vo polarni rastvoruva~i. • Interakciite pome|u polarnite molekuli se od vidot dipol-dipol (ili vodorodni vrski, za molekuli {to sodr`at vodorod). Nekoi molekulite izgradeni od polarni kovalentni vrski se odnesuvaat kako elektri~ni dipoli. Elektri~en dipol e elektroneutralna ~esti~ka vo koja postojat dva rali~ni centri na pozitiven i negativen polne` postaveni na odredeno rastojanie (nehomogena raspredelba na elektri~estvoto vo ramkite na edna neutralna molekula): Primer: Molekulata na vodata e elektri~en dipol. - + [ematski prikaz na dipolnite momenti na polarnite vrski vo molekulata na vodata i vkupniot dipolen moment prika`ani so vektori . Op{ta i neorganska hemija I, Analiti~ka biohemija, Valentin Mir~eski

17. Dipol-dipol interakciite postojat pome|u molekulite na rastvorenata komponenta i rastvoruva~ot. Taka, energijata vlo`ena za raskinuvawe na vrskte pome|u rastvorenata komponenta e pribli`no ekvivalentna so energijata {to se osloboduva pri obrazuvaweto na interakciite pome|u rastvorenata komponenta i rastvoruva~ot. No, silata na entropijata (tendencijata za zgolemuvawe na neredot vo sistemot) go forsira rastvoruvaweto na polarnata komponenta vo polarniot rastvoruva~. XI. 3 Vodorodna vrska Vodorodnata vrska e specijalen vid na dipol-dipol interakcija. Taa interakcija se vospostavuva pome|u pome|u vodoroden atom, {to u~estvuva vo obrazuvawe na polarna kovalenta vrska (naj~esto O-H, N-H, F-H) so elektronegativen atom od nekoja sosedna molekula (toj atom, povtorno e O, N, F). Op{ta i neorganska hemija I, Analiti~ka biohemija, Valentin Mir~eski

18. Vodorodna vrska A-H….AiliA-H….B [ematski prikaz na vodorodna vrska kade {to A i B se O, N, F itn. Vnimanie: Vodorodnata vrska se formira pome|u vodorodniot atom od edna molekula i elektronegativniot atom od druga molekula. • Ja~inata na vodorodnata vrska e pomala otkolku ja~inata na kovalentnata vrska, no sepak, vodorodnata vrska mo`e vo prosek da ima zna~itelna ja~ina koja {to mo`e da iznesuva i do 40 kJ/mol. Vodorodnata vrska igra isklu~itelno va`na uloga kaj golem broj supstanci. Polarna kovalentna vrska Op{ta i neorganska hemija I, Analiti~ka biohemija, Valentin Mir~eski

19. Supstancite kaj koi postojat vodorodni vrski naj~esto imaat povisoka to~ka na vriewe otkolku {to se o~ekuva vrz osnova na nivnata relativa molekulska masa. To~kata na vriewe raste so porastot na molekulskata masa na supstancite. Taka na primer, to~kata na vriewe vo serijata H2S, H2Se i H2Te raste so porastot na molekulskata masa. Ako vodata ja vklu~ime vo ovaa grupa, toga{ taa bi trebalo da ima najniska to~ka na vriewe. No, vodata, zaradi postoeweto na silni vodorodni vrski ima najvisoka to~ka na vriewe od site spomnati supstanci. Ja~inata na vodorodnata vrska e opredelena od stepenot na elektrostatski interakcii pome|u slobodniot elektronski par na elektronegativniot element (O, N ili F) i protonot od sosednata molekula. Op{ta i neorganska hemija I, Analiti~ka biohemija, Valentin Mir~eski