Nuestros mejores investigadores han agotado sus provisiones de café, por su búsqueda día y noche por la solución, hasta que Emanuel halló el resultado en Beanstalk por lo tanto hoy la compartimos aquí.
Solución:
Solución 1:
En resumen, para este cristal de hidróxido del grupo 2, el proceso de disolución y solvatación es un equilibrio exotérmico. El aumento de temperatura impulsa la reacción a la inversa, ¡favoreciendo la cristalización!
Sin embargo, sería bueno racionalizar algunos de estos términos, por lo que presentaré una descripción general muy breve de los factores de solubilidad generales para que pueda comprender el proceso con un poco más de detalle.
La solubilidad es un proceso termodinámico complejo que tiene en cuenta muchos factores. Puede entenderse como el proceso de disolver un cristal en un disolvente y luego formar una jaula de disolvente alrededor del soluto (solvatación). Es una función de tres interacciones en el fondo;
- soluto-soluto
- solvente soluble
- solvente-solvente
Las grandes interacciones soluto-soluto dificultan la solubilidad y están asociadas con altas entalpías de celosía (de solutos cristalinos), estas deben ser superadas para romper el sólido y disolverlo. Las interacciones disolvente-disolvente también deben superarse para solvatar el soluto disuelto, por lo tanto, para un disolvente que interactúa mucho, la solubilidad se reduce.
La formación de estructuras de disolvente ordenadas, como jaulas de clatrina, etc., ordena el disolvente y, por lo tanto, reduce la entropía del disolvente de forma significativa. Por tanto, los disolventes con altos grados de libertad dificultan la solubilidad.
La entropía de solutos favorece la solvatación, esto refleja la mayor solubilidad de las moléculas flexibles, esto se debe a que en el sólido todas están encerradas, mientras que en solución se pueblan sus modos rotacional y vibratorio.
Además de estos, si el soluto tiene múltiples formas iónicas, entonces la solubilidad también será una función del pH, por lo que debe mantenerse constante en la práctica. El perfil de la superficie del sólido también, así como el grado de cavitación y porosidad también son key factores (ya que afectan el número de posibles interacciones disolvente-soluto).
Es importante destacar que el tipo de disolvente en el que está tratando de disolver su cristal también es de fundamental importancia. La regla “como se disuelve como” se entiende mejor mediante la ecuación de solubilidad general (semi-empírica), begin ecuación log S = frac 12-0.05 (T_m-T) – log P end ecuación
Un coeficiente de partición grande (la proporción de cuán soluble es el cristal en solvente orgánico a solvente acuoso) reduce la solubilidad (y matemáticamente ya que $ log x $ sigue $ x $ en los límites).
Para complicar aún más la situación, existen varias definiciones de solubilidad que podemos tomar. En la práctica, elegimos la solubilidad acuosa intrínseca, que se utiliza principalmente para un alto rendimiento y velocidad en el desarrollo de fármacos.
La solubilidad es realmente una herramienta de los experimentales para parametrizar la extensión de la energía de Gibbs para el proceso de disolución-solvatación, que a su vez suele modelarse mediante ciclos termodinámicos complejos a través de especies en fase gaseosa o líquidos superenfriados. La investigación moderna sobre solubilidad se centra en encontrar descriptores moleculares a través de bosque aleatorio / QSPR o modelos de vectores de soporte, etc. (que son solo técnicas de procesamiento de números para encontrar correlaciones entre grandes conjuntos de datos) o mediante la física y la química fundamentales del proceso. begin ecuación log S = frac (- Delta G_ sol / RT) ln 10 end ecuación
Entonces, entendemos la solubilidad como una constante de equilibrio para el cambio de Gibbs del proceso de solvatación (cualquier ciclo particular que use para obtener esos datos).
Ahora que sabemos algo sobre la solubilidad, podemos preguntarnos, ¿en qué condiciones el aumento de la temperatura reduce la solubilidad?
En la práctica, la temperatura puede afectar el término entrópico, pero también las entalpías de las redes cristalinas, los calores emitidos por las interacciones soluto-disolvente, etc. Es el equilibrio de estos procesos lo que determina la solubilidad de algo.
En su caso, estamos observando que un cristal de hidróxido de calcio se disuelve en un disolvente acuoso. A medida que aumentamos la temperatura, la solubilidad disminuye. Existe un equilibrio entre cristalización y (disolución + solvatación). Aumentar la temperatura está cambiando ese equilibrio para favorecer la cristalización en lugar de (como crudamente esperamos) hacia adelante. Este es simplemente un término entálpico, debido a que el proceso de solvatación es un proceso exotérmico, el aumento de la temperatura impulsa el equilibrio a la inversa según el principio de Le Chatlier.
Espero que sea un poco más claro y que ahora comprenda algunas de las ideas detrás de la solubilidad. 🙂
Solucion 2:
También me gustaría agregar otra respuesta que puede brindar una mejor comprensión de la aplicación de Principio de Le Chateliers aqui.
La disolución de $ ce Ca (OH) 2 $ es un proceso exotérmico ($ Delta_ mathrm sol H <0 $) por lo que también se puede representar como:
$$ ce Ca (OH) 2 (s) + H2O (l) <=> Ca ^ 2 + (aq) + 2OH- (aq) + Delta $$
A una temperatura particular, se genera una cantidad neta particular de calor en el sistema durante este proceso, por lo tanto, si se aumenta la temperatura, el contenido de calor del sistema aumentaría y habría tensión en el lado derecho de la representación de equilibrio, ya que el calor es evolucionando allí, por lo que, según el principio de Le Chateliers, el sistema consumiría parte de ese calor desplazando el equilibrio hacia la izquierda para reducir la tensión, produciendo así más $ ce Ca (OH) 2 $ en estado sólido, disminuyendo así la solubilidad .
Concluyente
En general, si en un solución casi saturada, el proceso de disolución es endotérmico ($ Delta_ mathrm sol H> 0 $), la solubilidad debería aumentar con el aumento de temperatura y si es exotérmico ($ Delta_ mathrm sol H <0 $) la solubilidad Estas tendencias también se observan experimentalmente.
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