Структура водных растворов

При контакте с водой ионные, и сильнополярные вещества диссоциируют на электрически заряженные частицы - ионы. Отличительная особенность раствора электролита — способность проводить электрический ток, обусловлена пространственным перемещением ионов.

Понижение температуры замерзания, повышение температуры кипения и осмотическое давление в растворах электролитов существенно выше аналогичных эффектов в растворах неэлектролитов при одинаковых количествах растворенного вещества, что объяснимо увеличением общего числа частиц за счет электролитической диссоциации. В зависимости от сцо'Собности к дисоциации электролиты условно разделяют на слабые, сильные и электролиты средней силы.

Слабые электролиты - это вещества, в растворах которых отмечается равновесие двух обратимых процессов - диссоциация полярных на противоположно заряженные ионы и рекомбинация их в нейтральные молекулы.
   К слабым электролитам относятся водные растворы большинства органических кислот, фенолы, амины, некоторые соли.

Сильные электролиты — это вещества, водные растворы которых состоят только из ионов.

К сильным электролитам относятся водные растворы неорганических кислот, оснований и большинство солей.

Образование водных растворов сопровождается пространственной переориентацией молекул воды с изменением или разрывом водородных связей, то есть определённой перестройкой внутренней структуры воды

 Молекула метана удерживает 10-20 молекул воды с образованием гидратов и выделением теплоты, так как энергия взаимодействия между молекулами неэлектролита и воды превышает энергию взаимодействия между молекулами воды. Способствуя разрушению структуры воды, образование гидратов вызывает повышение её температуры замерзания.

При попадании в воду неполярных веществ с достаточно большими размерами молекул - жидких углеводородов - водородные связи между молекулами воды разрываются, а новые связи с растворяемым веществом не образуются - соединения в воде не растворяются.

Строение растворов электролитов определяется воздействием ионов на структуру воды. При вхождении в полость льдоподобного  каркаса воды иона происходит переориентация молекул воды под действием его заряда.

Определяющее значение в строении водных растворов элект­ролитов имеет соотношение между величиной заряда и радиусом иона. Крупные ионы с небольшой плотностью заряда: RЬ+, К+, NОз¯, I¯, Вг¯ вызывают резкое изменение - разупорядочивание - структуры воды, увеличивая подвижность молекул. Ионы с малым радиусом и большой плотностью заряда:    Сг3+, Аl3+, Zn2+, СО32¯, SО42¯, будучи гидратированы большим числом молекул воды, не нарушают её структуру и способствуют снижению подвижности молекул и упрочению структуры воды.

Влияние ионов на структуру водного раствора зависит от их концентрации. При малой концентрации электролита в растворе могут сохраняться объёмы воды с ненарушенной структурой. Процессы взаимодействия ионов и молекул воды в растворах, приводящий к образованию гидратных оболочек вокруг ионов, называется гидратацией ионо; при больших концентрациях электролита вода полностью деструкту-

рирована.

Ионы, воздействующие на ближайшие молекулы воды, снижая их трансляционное движение, приводят к положительной гидратации . Разупорядочивающие структуру ионы вызывают повышение подвижности молекул воды - отрицательную гидратацию . Это свойство характерно для больших ионов с малым зарядом.

Катионы связаны с молекулами воды за счёт взаимодействия с электронами атома кислорода. Гидратная оболочка анионов формируется при участии электронов атомов водорода. Способность к гидратации у катионов выражена сильнее, чем у анионов. Сильнее гидратируются ионы с малым радиусом и большей величиной заряда. В концентрированных растворах электролитов нет свободного растворителя - он весь входит в зоны действия ионов.

       Растворы при концентрации электролита выше 2 моль/л по структуре напоминают расплавленный кристалл электролита. Если в разбавленных растворах структура воды искажается ионами электролита, то концентрированные растворы — это электролит, структура которого нарушена растворителем. Результат этого - электрострикция , то есть уменьшение (сжатие) общего объёма растворителя и электролита.

Образующиеся гидраты по свойствам отличаются от безводного химического соединения. При растворении безводного сульфата меди вследствие деформации электронной оболочки иона Cu 2+ , появляется окрашенный в голубой цвет гидратированный ион Сu(ОН₂)₄2+. Взаимодействие частиц растворённого вещества с водой может быть настолько сильным, что при кристаллизации они выделяются вместе с гидратной оболочкой, образуя кристаллогидраты: А1₂(SО₄)₃ • 18Н₂О; Na₂СО₃ • 10Н₂О (кристалличеокая сода);CuSО₄ • 5Н₂О (медный купорос); FeSО₄ • 7Н₂О (железный купорос); Nа₂SО₄ • 10Н₂О (глауберова соль) и др.