Δήμητρα Σπανού Χημικός, Καθηγήτρια Δ/θμιας Εκπ/σης στο 1ο Γυμνάσιο Δάφνης

Η ανάμειξη ουσιών

Για να γίνει ανάμειξη δύο ουσιών πρέπει προηγουμένως,  να σπάσουν οι διαμοριακοί δεσμοί μεταξύ των μορίων και της μιας αλλά και της άλλης ουσίας. 

Αυτό εξαρτάται από παράγοντες θερμοδυναμικούς που είναι σχετικοί με την ενέργεια σύνδεσης μεταξύ των μορίων της μιας και της άλλης ουσίας αλλά και την ενέργεια σύνδεσης των μορίων μεταξύ των διαφορετικών ουσιών

Η αναμειξιμότητα (και η διαλυτότητα) ουσιών εξαρτάται από:

α. την διαφορά στην πολικότητα των μορίων που συνδέονται 

β. το μέγεθος και την γεωμετρία των μορίων

ΑΝΑΜΕΙΞΗ ΟΥΣΙΩΝ ΑΠΟ ΤΙΣ ΟΠΟΙΕΣ ΜΙΑ ΤΟΥΛΑΧΙΣΤΟΝ ΕΙΝΑΙ ΠΟΛΙΚΗ

Α. Ανάμειξη δύο πολικών ουσιών  με:

Διαφορά στην πολικότητα των μορίων που συνδέονται και συνεπώς την ένταση του διαμοριακού δεσμού

Η αναμειξιμότητα εξαρτάται από την ένταση του διαμοριακού δεσμού μεταξύ των διαφορετικών μορίων π.χ. νερού - αλκοόλης .

Από μια παρατήρηση των τιμών των ka που δηλώνουν την οξύτητα των ουσιών, άρα της ηλεκτραρνητικότητας του ατόμου που συνδέεται με το υδρογόνο (από το οποίο θα προκύψει η γέφυρα υδρογόνου του  συμπλόκου υδρογόνου μεταξύ των δύο μορίων) δημιουργούνται οι εξής σκέψεις:

Σε ετερομόρια ουσιών με παρεμφερή οξύτητα, δηλαδή παραπλησια ηλεκτραρνητικότητα του ατόμου που συνδέεται με το άτομο του υδρογόνου,   

έχουμε μεγαλυτερη αναλογία ανάμειξης των ουσιών προς δημιουργία διαλύματος . Είναι ουσίες μερικώς αναμίξιμες

 ή  αυθόρμητη ανάμειξη και  χωρίς  σε ορισμένες περιπτώσεις χωρίς περιορισμούς στις αναλογίες όταν η οξύτητά τους έχουν πολύ κοντινές τιμές. Λέγοται αναμείξιμες ουσίες

Εδώ φαντάζεται κανείς ότι το ενεργειακό κόστος ή όφελος για δημιουργία  διαμοριακής σύνδεσης υδρογόνου (σύμπλοκου Η) μεταξύ δύο ίδιων μορίων και μεταξύ διαφορετικών ένα από κάθε ουσία δεν διαφέρει πολύ κι έτσι η ανάμειξη γίνεται τυχαία. 

ΟΙ ΟΥΣΙΕΣ ΠΟΥ ΑΝΑΓΡΑΦΟΝΤΑΙ ΣΤΟΝ ΠΑΡΑΠΑΝΩ ΠΙΝΑΚΑ ΔΗΜΙΟΥΡΓΟΥΝ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΜΟΡΙΩΝ ΤΟΥΣ ΔΙΑΜΟΡΙΑΚΕΣ ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ

για το νερό         ka =1,8.10^-16

όταν η ka της ουσίας είναι κοντά στην ka του νερού

αιθανόλη : η  ka = 1,3.10^-16 και ηδιαλυτότητα στο νερό αναμείξιμη σε κάθε αναλογία    

μεθανόλη: η  ka = 3,2.10^-16 και η διαλυτότητα στο νερό αναμείξιμη    

ισοπροπυλική αλκοόλη : η  ka = 3,2.10^-17 και η διαλυτότητα στο νερό αναμείξιμη

όταν η ka της ουσίας είναι μεγατερη από την ka του νερού η αναλογία της ουσίας στην ανάμειξη είναι μεγαλύτερη

φαινόλη : η  ka = 1,0.10^-10 και η διαλυτότητα στο νερό 83 kg/m³ (20 °C) εδώ η φαινόλη που είναι πολύ πτητική έχει μεγαλύτερη ακόμα διαλυτότητα σε χαμηλότερη θερμοκρασία

υδροχλωρικό οξύ  η  ka = 1,6.10^-5 και η διαλυτότητα στο νερό του αέριου υδροχλωρίου είναι 700g/lt

εάν το υδροχλώριο είναι σε υγρή μορφή η διαλυτότητά του είναι πολύ αυξημένη (πυκνό διάλυμα υδροχλωρίου)

Αντίθετα σε ουσίες που η ka διαφέρει είναι μικρότερη από αυτήν του νερού  η διαλυτότητα 

είναι μειωμένη

 βουτανόλη: η  ka = 1,0.10^-18 και η διαλυτότητα στο νερό  7,9 γρ/100 ml ή 79g/lt

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Αν γνωρίζουμε  την πολικότητα των μορίων μπορούμε να προβλέψουμε εάν θα αναμειχθούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν διαλύματα και σε ποιο βαθμό.

Όσο πιο κοντά είναι είναι η τιμή της πολικότητάς μεταξύ τους, τόσο αυξάνει και το ποσοστό της ανάμειξής τους. Έτσι ισχύει ο γενικός εμπειρικός κανόνας ότι τα πολικά μόρια αναμειγνύονται και σχηματίζουν διαλύματα με άλλα  πολικά υγρά.

Β. Η αναμιξιμότητα (και η διαλυτότητα) ουσιών εξαρτάται από το μέγεθος και την γεωμετρία των μορίων

Εννοείται βέβαια ότι κι άλλοι παράγοντες επιρρεάζουν όπως το μέγεθος και η γεωμετρία του μορίου.

Ουσίες με ιδιαίτερη μοριακή γεωμετρία

Διοξείδιο του άνθρακα CO₂   Μοριακή γεωμετρία : εξάπλευρη θέση ανάκλινδρου

Βενζόλιο C₆H₆   : Μοριακή γεωμετρία επίπεδη   (Διαλυτότητα στο νερό : 1,8 kg/m³ )

Τετραχλωράνθρακας CCl₄  :Μοριακή γεωμετρία: τετραεδρική          ( Διαλυτότητα στο νερό: 0,08g/100ml)

Μεθάνιο CH₄     :Μοριακή γεωμετρία: τετραεδρική, (Διαλυτότητα στο νερό: 35g/m³ (15Co) 

 Αιθυλένιο C₂H₄   :Μοριακή γεωμετρία :επίπεδη, πόλωση δεσμού C-H είναι 3%, η μοριακή ροπή 0D.   Διαλυτότητα στο νερό 2,9g/m³

Αυτό φαίνεται καθαρά στην ανάμιξη οργανικών ουσιών όπου η ανάμιξη γίνεται ευκολότερα σε ουσίες με κοντινότερο αριθμό ατόμων της ανθρακικής αλυσίδας.

Το νερό αναμιγνύεται με την αλκοόλη (2 άνθρακες C2H5OH) ευκολότερα παρά με την βουτανόλη (4 άνθρακες C4H9OH) που η διαφορά μεγέθους των μορίων τους είναι μεγαλύτερη. Με την οκτανόλη (8 άνθρακες C8H17OH) δεν αναμιγνύεται καθόλου. Το ίδιο συμβαίνει και με τα καρβοξυλικά οξέα. Ιο νερό διαλύει καρβοξυλικά οξέα ευθείας αλυσίδας έως το βουτανοϊκό οξύ με 4 άτομα άνθρακα. Τα μακρύτερης αλυσίδας λιπαρά οξέα δεν διαλύονται. Το ίδιο συμβαίνει και με τα λιπίδια που είναι εστέρες γλυκερίνης με λιπαρά οξέα

Παρατηρούμε τις διαλυτότητες σε συγκεκριμένες θερμοκρσίες 

για το παλμιτικό οξύ  με 16 άτομα άνθρακα (C15H31COOH) αλειφατικό κορεσμένο που βρίσκεται στο ελαιόλαδο

και στο λαυρικό οξύ αλειφατικό κορεσμένο, με 12 άτομα άνθρακα  (C11H23COOH) που βρίσκεται στο λάδι καρύδας

Β. Ανάμειξη δύο μη πολικών ουσιών  

 Μη πολικές ενώσεις:

Τα μη πολικά μόρια εμφανίζονται όταν τα ηλεκτρόνια μοιράζονται ίσα μεταξύ των ατόμων του διατομικού μορίου ή όταν οι πολικοί δεσμοί μέσα στο μόριο αλληλοεξουδετερώνονται.

Ο δεσμός υδρογόνου απαιτεί διαφορά ηλεκτραρνητικότητας στα άτομα και πολικότητα του μορίου. Στα μη πολικά μόρια  δεν συμβαίνουν διαμοριακές συμδέσεις με δεσμούς υδρογόνου  . Εδώ υπάρχουν οι διαμοριακές συνδέσεις διασποράς London.

( H ανάμειξη με το νερό δεν ευνοείται για τις ουσίες αυτές κυρίως γιατί στο πολικό μόριο του νερού υπερισχύουν οι δεσμοί υδρογόνου και μεταξύ των διμερών αλλά και με άλλα πολικά μόρια όπως είδαμε όταν οι τιμές της ηλεκτραρνητικότητας είναι ευνοίκές)

Μερικές μη πολικές ενώσεις

κυκλοεξάνιο η πόλωση του δεσμού C+ -H- είναι 3%    (Δεν αναμιγνύεται με το νερό)

Διοξείδιο του άνθρακα CO₂   Μοριακή γεωμετρία : εξάπλευρη θέση ανάκλινδρου

Βενζόλιο C₆H₆   : Μοριακή γεωμετρία επίπεδη   (Διαλυτότητα στο νερό : 1,8 kg/m³ )

Τετραχλωράνθρακας CCl₄  :Μοριακή γεωμετρία: τετραεδρική          ( Διαλυτότητα στο νερό: 0,08g/100ml)

Μεθάνιο CH₄     :Μοριακή γεωμετρία: τετραεδρική, (Διαλυτότητα στο νερό: 35g/m³ (15Co) 

 Αιθυλένιο C₂H₄   :Μοριακή γεωμετρία :επίπεδη, πόλωση δεσμού C-H είναι 3%, η μοριακή ροπή 0D.   Διαλυτότητα στο νερό 2,9g/m³

Υδρογονανθρακικά υγρά, όπως βενζόλιο και τολουόλιο

Ευγενή αέρια He , Ne, Ar, Cr, Xe

Διατομικά μόρια H2, CL2, N2, 

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Κατά αντίστοιχο τρόπο, τα μη πολικά μόρια αναμειγνύονται με άλλα μη πολικά υγρά προφανώς με δυνάμεις διασποράς .

Δήμητρα  Σπανού

ΠΗΓΕΣ

Παραδείγματα πολικών και μη πολικών μορίων (greelane.com)

ka tables - Αναζήτηση Εικόνες (bing.com)

Βενζόλιο - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

Αιθένιο - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

Τετραχλωράνθρακας - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

Πολικά και μη πολικά μόρια: ποια είναι η διαφορά και γιατί είναι σημαντική; (fb.ru)

Λαυρικό οξύ - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

Παλμιτικό οξύ - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

S. T. Zhukov Χημεία Βαθμός 8-9 Κεφάλαιο 11. Αλληλεπίδραση ουσιών με νερό

 https://eclass.hmu.gr/modules/document/file.php/GA107/DIALEKSEIS%20VERVERIDIS%20-%20XEIM%20EKSAM.%202010-11/DIALEKSH%202H%20PP_SLIDES_DIALYMATA_KEF_1_111010.pdf

ακατέργαστο

Συνθήκες διάλυσης πολικών και μη πολικών ουσιών μεταξύ τους | "RabKor" (Voronezh) | Ζεν