Den solvat er den fysikalsk-kjemiske fenomen observert under oppløsning av et kjemisk stoff i et løsningsmiddel .
Under introduksjonen av en kjemisk art i utgangspunktet i fast tilstand (i form av krystall eller amorf ), væske eller gass i et løsningsmiddel, spredes atomene , ionene eller molekylene til de kjemiske artene i løsningen og samhandler med løsemiddelmolekylene. Denne interaksjonen kalles solvasjon. Det er av forskjellig art, avhengig av oppløsningsmaterialet og løsningsmidlet, og dekker fenomener så forskjellige som ion-dipol interaksjoner (oppløst stoff: Na + , løsningsmiddel: vann ), hydrogenbindinger ( alkohol oppløst stoff , oppløsningsmiddel vann) eller . Van der bindinger Waals ( metan løsemiddel , cykloheksanoppløsningsmiddel ).
Når det oppløste stoffet er i den kondenserte fasen (flytende eller fast), går løsningen inn i energibalansen som involverer separasjon av molekyler eller ioner i oppløsningen før den blir spredt i løsningsmidlet. Oppløsningen oppløses bare hvis interaksjonen mellom løsningsmiddel og løsemiddel kompenserer for tapet av interaksjonen mellom løsemiddel og løsemiddel som følge av oppløsningen:
For at oppløsningen skal finne sted, må molekylene i løsningsmidlet ha tilstrekkelig affinitet med de oppløste stoffene.
Fra et mikroskopisk synspunkt, hvis molekylene i løsningsmidlet omgir løsemidlet, er det fordi løsningsmiddel-løsemiddelinteraksjonene er tilstrekkelig stabile. Denne organisasjonen av det oppløste molekylet som er omgitt av løsemiddelmolekyler, deltar i strukturen av løsningen.
Fra et makroskopisk synspunkt innebærer oppløsning to typer energi:
Entalpikomponenten resulterer i oppløsningsvarmen, og entalpien mer entropisk balanse resulterer i fri entalpi av oppløsningen, det vil si oppløseligheten, derfor den større eller mindre mengde løsemiddel som kan oppløses.
Tenk på tilfellet der løsemidlet er et ionisk fast stoff før oppløsning.
Oppløsningen til en art avhenger av arten av løsningsmidlet og det oppløste stoffet: Som en generell regel vil en polær forbindelse være veldig godt solvatisert i et polært løsningsmiddel , mens en ikke-polær forbindelse vil bli bedre solvatisert i et ikke-polært løsningsmiddel.
Løsning i vann kalles " hydrering ".
Det solvatiserte ionet (eller molekylet) er omgitt av løsningsmiddelmolekyler som er direkte knyttet til det, som er orientert (i tilfelle av en ion-dipol-interaksjon), og som bare bytter sakte med molekyler utenfor det. Denne første løsningen .
Denne første sfæren er omgitt av andre løsningsmiddelmolekyler som ikke er direkte knyttet til ionet, som er dårlig orientert, som raskt bytter med løsemiddelmolekyler fra resten av løsningen, og som sakte bytter med molekylene i den første sfæren.
Resten av løsningen består av løsningsmiddelmolekyler som er i samme tilstand som i fravær av løsemiddel. Angelsaksisk litteratur kaller disse molekylene hovedtyngden .
Hvis denne struktureringen av løsningen er vanlig for de forskjellige løsningsmidler og oppløste stoffer, er antallet løsningsmiddelmolekyler i hver oppløsningssfære spesifikk for hver type løsning.
Oppløsningsnummeret er antallet (enhetsløse) molekyler i den første oppløsningssfæren, eller, avhengig av tilfelle, det totale antallet løsningsmiddelmolekyler i de to oppløsningslagene. Løsningstallet i den første sfæren er et ganske enkelt begrep å definere, gitt stabiliteten til løsningsmiddel-løsemiddelinteraksjonene. I tilfelle et akvakompleks er dette tallet koordineringen av det sentrale kationet . Det er 6 for et stort antall ioner, og spesielt for alle overgangsioner. For små alkalier er det mindre, opp til 4 for litiumion Li + .
Det totale oppløsningstallet, inkludert løsemiddelmolekylene i den andre oppløsningssfæren, er vanskeligere å definere. Det defineres oftest av metoden som brukes til å måle den. Denne ulikheten, som kan virke urovekkende i første omgang, gjenspeiler faktisk viktigheten av forestillingen om antall oppløsninger i forskjellige situasjoner.
Metodene for å bestemme oppløsningstall er så varierte som:
Antall oppløsninger av vannmolekyler i den første sfæren er (bestemmelse ved røntgen- eller nøytrondiffraksjon, verdiene kan være temperaturavhengige):
Hvis et oppløst molekyl eller ion blir funnet på væskeoverflaten, vil det ikke ha hele "skjoldet" av løsemiddelmolekyler tilgjengelig. Fra et termokjemisk synspunkt vil energien være høyere: molekylet (eller ionet) vil bare være delvis solvert. Derfor består den ekstreme overflaten av løsningen - de første molekylærlagene - av nesten rent løsemiddel.
En solvert art er omgitt av et lag med løsemiddelmolekyler. Den solvatiserte arten er derfor større enn arten alene, dens mobilitet er derfor lavere.
Denne sfære av oppløsningen er desto større ettersom ionen er liten. Dermed er det effektive volumet av Na + -ionen i vann (dvs. volumet av ionet og dets oppløsningsfelt) større enn det for K + -ionet , som likevel har en større ionisk radius.