Курсовая работа (т): Растворимость солей в неводных растворителях

) апротонных диполярного (ацетонитрил, нитрометан, ацетон, 1,2-дихлорэтан);

) апротонных высоко полярные (пропилен карбонат, нитробензол и др.);

) апротонных високодиполярни и високополяризуеми (сульфолан);

) Ароматические неполярные (бензол, толуол);

) Ароматические относительно полярные (хлорбензол, о-дихлорбензол, ацетофенон);

) Електроннодонорни (триэтиламин, простые эфиры, диоксан);

) Растворители с Н-связью (спирте, карбоновые кислоты);

) Сильно ассоциированные растворители с Н-связью (формамид, диэтиленгликоль, вода);

) Растворители с неопределенной функцией (сероуглерод, хлороформ).

По химическим свойствам растворы классифицируют:

В зависимости от участия в кислотно-основной протеолитический равновесии:

Протолитические - растворители, которые проявляют протонодонорну или протоноакцептторну функцию относительно растворенного вещества. В зависимости от этого протеолитические растворители подразделяют на протогенни (кислые), протофильни (основные) и амфипротонни (амфотерные).

Апротонных - растворители не способны к кислотно-основного взаимодействия, связанного с переносом протона.

За способность к образованию Н-связей:

Первый класс - жидкости, способные к образованию объемной трехмерной сетки. Имеют высокую диэлектрическую проницаемость и хорошо растворимые друг в друге (вода, муравьиная кислота, гликолиз и др.).

Второй класс - растворители, в которых возникает двумерная сетка Н-связей. Имеет слабее стремление к образованию подобных связей. Большинство растворителей данного типа имеют ОН-группу (фенолы, одноосновные ниже карбоновые кислоты, одноатомные спирты).

Третий класс - жидкости, молекулы которых имеют в своем составе атомы азота, кислорода, серы, фтора и некоторые другие способны образовывать Н-связи с протоном партнеру (эфиры, амины, кетоны. Альдегиды и вещества других классов органических соединений).

Четвертый класс - жидкости, молекулы которых имеют атом водорода, способный участвовать в Н-связи, но не имеют атомов, которые могли бы быть акцепторами протона (хлороформ, дихлорэтан и др.).

Пятый класс - растворители, молекулы которых при обычных условиях не способны к образованию Н-связей - ни как доноры, ни как акцепторы (углеводы, четырех хлорный углерод, пергалогенвуглець и др.).

По возможности растворителя сольватуваты ионы (классификация Паркера):

аполярных апротонные растворители - жидкости с низкой диэлектрической проницаемостью (˂ 15) и низким дипольным моментом (0-2 D) (углеводороды и их галогенпроизводных, сероуглерод, третичного амины и др.)

диполярного апротонные растворители - жидкости со сравнительно небольшими диэлектрической проницаемости (˃ 15) и дипольными моментами (˃ 2,5) (серный ангидрид, нитробензол, ацетонитрил, диметилформамид и др.).

Протонные растворители содержат группы, в атом водорода соединен электроотрицательным атомом, что обусловливает его способность вступать в Н-связь. Имеют высокую диэлектрическую проницаемость [11].

По Бренстедом, сочетая диэлектрическую проницаемость растворителя и его протогеннисть или протофильнисть. [11]

5. Характеристики растворителей

5.1 Неорганические растворители

Самым распространенным и универсальным растворителем является вода. В ней в тех или иных количествах могут растворяться почти все вещества. Характеристика некоторых неорганических растворителей К числу неорганических растворителей относятся:

вода (самый распространённый растворитель в природе);

жидкий аммиак (хороший растворитель для щелочных металлов), -жидкий сернистый ангидрит (растворитель для многих органических и неорганических соединений)

расплавленные металлы (ртуть, галлий)

углеводороды:

>алифатические - пентан, гексан, гептан и др.;

>алициклические - циклопентан, циклогексан, декалин и др.;

Углеводороды хорошо растворяют жиры, масла, смолы, каучуки и др. В воде они практически не растворяются. Они летучи и огнеопасны (пары их с воздухом могут образовывать взрывчатые смеси). Многие углеводороды токсичны.

>галоидопроизводные углеводороды: алифатического ряда - хлористый метилен, хлороформ, четыреххлористый углерод, дихлорэтан, трихлорэтан и др.;

>ароматические растворители обладают более высокой растворяющей способностью по сравнению с другими углеводородными растворителями и в качестве составляющих компонентов входят в большинство смесевых растворителей.

Бензол С_бН₆. Получают из продуктов пиролиза нефти и из каменноугольного сырого бензола, является растворителем масел, жиров, восков, каучуков, простых и сложных эфиров целлюлозы, крезолоформальдегидных и некоторых кремнийорганических смол. При нагревании растворяет полиэтилен. В настоящее время из-за высокой токсичности практически не используется в качестве растворителя.

Толуол С_бН₅СН₃. Получают из нефтяных фракций и каменноугольной смолы. По растворяющей способности подобен бензолу, однако в отличие от него не растворяет природные смолы шеллак и копал, а также сложные эфиры целлюлозы. Применяется для растворения тощих алкидов Ксилол С_бН₅ (СН₃) ₂. По получению и свойствам подобен толуолу. Из трех изомеров наилучшей растворяющей способностью обладает о-ксилол. Однако смесь изомеров является более плохим растворителем, чем толуол. Это, повидимому, можно объяснить высоким содержанием в технических растворителях м - и n-ксилолов. Применяется ксилол для растворения алкидностирольных и дивинилацетиленовых (лак этиноль) полимеров, бутанолизированных меламиноформальдегидных смол.

Изопропилбензол С₆Н₅СН (СН₃) ₂ ГОСТ 14198-78. Получают путем алкилирования бензола. Растворяет полиакрилаты, полиметакрилаты, полистирол и другие полимеризационные полимеры. Как растворитель используется сравнительно редко.

Сольвент. Получают в процессе коксования каменного угля и при пиролизе нефтяных фракций. Сольвент каменноугольный представляет собой смесь ароматических углеводородов с небольшим содержанием нафтенов, парафинов и непредельных циклических углеводородов. Так, в нефтяном сольвенте присутствует около 56 % ароматических углеводородов, а остальное составляют непредельные углеводороды. Перспективным является использование в качестве растворителей тяжелых сольвентов с интервалом температур кипения 180-290°С. Сольвент применяется для растворения масел, битумов, каучуков, мочевино - и меламиноформальдегидных олигомеров, полиэфиров терефталевой кислоты, полиэфирамидов и полиэфиримидов, меламиноалкидных лакокрасочных материалов.

Тетралин (тетрагидронафталин) С₁₀Н₁₂;. Получают путем восстановления нафталина водородом. Растворитель жиров, масел, битумов, каучука. Используется в смывках старых масляных красок.

6. Применение

Применение неводных растворителей в современной лабораторно-заводской практике расширяется с каждым днем. Использование таких жидких растворителей, как аммиак, фтороводород, уксусная кислота и других идет уже в промышленном масштабе. В неводных средах можно успешно получать такие вещества, которые иным способом синтезировать невозможно. Это безводные сульфиды щелочных металлов, применяемые в технологии изготовления полупроводниковых материалов и светящихся составов, различные полупродукты множества органических синтезов, например, фтор - и хлорсульфоновая кислоты HSO3F и HSO3Cl, соединения титана (IV) и циркония (IV) типа Ti (NO3) 4 и Zr (SO4) 2, гидридные комплексы типа Li [AlH4], гидроксид серебра AgOH и многие другие химические соединения.

Неводные растворители позволяют, с одной стороны, дифференцировать по силе те кислоты и основания, у которых кислотность или основность нивелирована в водном растворе. Так, например, хлорная кислота HClO4 и азотная кислота HNO3 в водном растворе ведут себя как одинаково сильные кислоты, нацело подвергаясь протолизу, но в неводном растворителе - уксусной кислоте СН3СООН, судя по значениям констант кислотности, азотная кислота становится в 30952 раза слабее хлорной.

С другой стороны, неводные растворители способны усилить протолитические способности разных веществ (по сравнению с водным раствором), и вызвать появление кислотно-оснόвных свойств у тех веществ, которые в водной среде ведут себя как непротолиты.

Так, анилин C6H5NH2 в воде - весьма слабое основание с константой основности 3,8.10-10 (при 25° С), но в муравьиной кислоте он становится очень сильным акцептором протонов (Kо = 0,36).

7. Экспериментальная часть

7.1 Неводные растворы

Неводные растворы - это жидкие растворы, в которых растворителем является любая жидкость, кроме воды.

Растворимость твердых веществ в жидкостях почти не зависит от давления, но, как правило, сильно изменяется с температурой.

Обычно растворимость твердых веществ возрастает с повышением температуры, но известны вещества, как например Са (ОН) ₂, Са (С₂Н₃O₂) ₂ и др., растворимость которых с повышением температуры понижается.

Предельная растворимость многих веществ неводных растворителях представляет собой постоянную величину, соответствующую концентрации насыщенного раствора при данной температуре. Она является качественной характеристикой растворимости и приводится в справочниках в граммах на 100 г растворителя (при определённых условиях).

Рис. 2.1 Зависимость растворимости от температуры

Растворимость зависит от природы растворяемого вещества и растворителя, температуры и давления.

Таблица 2.1 Растворимость HgCl₂ в неводных растворителях

Таблица 2.2 Растворимость KBr в неводных растворителях

Таблица 2.3 Растворимость NaCl в неводных растворителях

7.2 Зависимость растворимости от природы растворенного вещества

Важнейшим фактором, который нужно учитывать при термодинамическом анализе процесса сольватации в растворах является энергия реорганизации растворителя зависящая от размера молекул растворённого вещества.

Так NaCl растворимость в одних и тех же неводных растворителях меньше, чем у KBr, так как молекула хлорида натрия меньше.

Так же растворимость зависит от поляризующего действия катиона и поляризации аниона.

Из таблицы 2.1 хорошо видно, что повышение температуры повышает и значение растворимости.

Поляризация оказывает влияние на растворимость солей в полярных растворителях, сопровождающуюся диссоциацией электролита на ионы: увеличение поляризационного эффекта обычно сопровождается понижением растворимости. Поляризуемость галогенид-анионов возрастает в ряду F^-<Cl^-<Br^-<I^-.

Поляризация облегчает разрушение кристаллической решетки ионных соединений. Это явление обусловлено тем, что в результате поляризации ионы дополнительно сближаются, что приводит к деформации решетки и делает ее менее устойчивой. Следствием этого процесса является, в частности, понижение температуры плавления соединений с ув. еличением поляризационного эффекта. Так, ионы Ca²⁺ и Hg²⁺ имеют близкие ионные радиусы (114 и 116 пм); однако поляризующая способность иона ртути, имеющего конфигурацию 5d¹⁰, выше поляризующей способности иона кальция, в результате чего соли кальция имеют более высокую температуру плавления, чем соли ртути с теми же анионами

7.3 Зависимость растворимости от природы растворителя

Специфической особенностью неводных жидкостей является способность их молекул <http://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_2219.html> выступать в качестве доноров или акцепторов протонов и электронных пар <http://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_2680.html>. Протонные электролиты неводные содержат подвижный протон Н⁺ - это спирты <http://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_6333.html>, фтороводород и др. Как правило, они хорошо сольватируют малые анионы с образованием прочных водородных связей. Растворители, не содержащие подвижного протона, наз. диполярными апротонными (диметилформамид, диметилсульфоксид <http://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_1121.html>. ацетон, и др.); они активно взаимодействуют с большими легко поляризуемыми анионами. Электронодонорные растворители содержат атомы <http://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_322.html> с неподеленными электронными парами: О (спирты, эфиры, кетоны), N (амины, амиды), S (сульфиды, сульфоксиды), Р (фосфины) и др. Они характеризуются высокой способностью сольватировать преимущественно катионы <http://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_1607.html>. Электроноакцепторные растворители могут быть как протонными (спирты, фенолы и др.), так и апротонными (уксусный ангидрид, нитробензол <http://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_6150.html>. нитрометан и др.). Поскольку донорами электронной пар <http://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_2680.html>. является большинство анионов, электроноакцепторные растворители сольватируют преимущественно анионы <http://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_236.html>.

Список литературы

1. Кипнис А.Я., Развитие химической термодинамики в России/ А.Я. Кипнис-М. - Л. 1964

. Руководство по физической химии / [Стенникова М.Ф., Мусько Н.П., Беушева О.С., Комарова Н. Г.], изд-во АлтГТУ, 2010 - 15с.

. Справочник химика/ [З.И. Грова, В.А. Коц, В.Д. Паастро, С.Л. Помарченко]. - М.: Химия, 1965. - 291с 4. Мищенко К.П., Полторацкий Г.М. Термодинамика и строение водных и неводных растворов электролитов // Санкт-Петербург - 1976. - С.253-269.

. Фиалков Ю.Я., Тевтуль Я.Ю. // ЖНХ - 1983. - №9 С.2342-2347 6. Фиалков Ю.Я. Двойные жидкие системы // Санкт-Петербург - 1984 - С.144-161.

. Э. Амис. Влияние растворителя скорость и механизм реакции/ Амис Э. - М.: Химия, 1968 с

8. http://school-sector. relarn.ru/nsm/chemistry/Rus/Data/Text/Ch1_6-1.html <http://school-sector.relarn.ru/nsm/chemistry/Rus/Data/Text/Ch1_6-1.html>

. Вісник Харківського національного університету. 2010. № 932. Хімія. Вип. 19 (42)

. <http://studall.org/all-8895.html>

. Ю.А. Фиалков. Растворитель как средство управления химическим процессом/ Фиалков Ю.А. - М.: Химия, 1990 с.