SOLVATAÇÃO: PROCESSO, DIFERENÇAS COM HIDRATAÇÃO E EXEMPLOS - QUÍMICA - 2025

A solvatação é a ligação física e química entre as partículas de soluto e o solvente em uma solução. Ele difere do conceito de solubilidade no fato de que não há equilíbrio termodinâmico entre um sólido e suas partículas dissolvidas.

Essa união é responsável pelo "desaparecimento" dos sólidos dissolvidos na vista dos espectadores; quando na verdade as partículas tornam-se muito pequenas e acabam "embrulhadas" em folhas de moléculas de solvente, tornando-as impossíveis de serem observadas.

Fonte: Gabriel Bolívar

Um esboço muito geral da solvatação de uma partícula M. é representado na imagem superior.M pode ser um íon (M ⁺) ou uma molécula; e S é a molécula do solvente, que pode ser qualquer composto no estado líquido (embora também possa ser gasoso).

Observe que M é cercado por seis moléculas de S, que constituem o que é conhecido como esfera de solvatação primária. Outras moléculas S a uma distância maior interagem por forças de Van der Waals com as primeiras, formando uma esfera de solvatação secundária, e assim por diante, até que alguma ordem não seja evidente.

Processo de solvatação

Fonte: Gabriel Bolívar

Molecularmente, como é o processo de solvatação? A imagem acima resume as etapas necessárias.

As moléculas do solvente, que são de cor azul, são inicialmente ordenadas, todas interagindo entre si (SS); e as partículas de soluto roxo (íons ou moléculas) fazem o mesmo com interações MM fortes ou fracas.

Para que a solvatação ocorra, tanto o solvente quanto o soluto devem se expandir (segunda seta preta) para permitir as interações soluto-solvente (MS).

Isso necessariamente implica uma diminuição nas interações soluto-soluto e solvente-solvente; diminuição que requer energia e, portanto, esta primeira etapa é endotérmica.

Assim que o soluto e o solvente se expandem molecularmente, os dois se misturam e trocam de lugar no espaço. Cada círculo roxo na segunda imagem pode ser comparado ao da primeira imagem.

Uma mudança no grau de ordenação das partículas pode ser detalhada na imagem; ordenado no início e desordenado no final. Como consequência, a última etapa é exotérmica, uma vez que a formação das novas interações MS estabiliza todas as partículas da solução.

Aspectos energéticos

Por trás do processo de solvatação, existem muitos aspectos energéticos que devem ser levados em consideração. Primeiro: interações SS, MM e MS.

Quando as interações MS, isto é, entre o soluto e o solvente, são muito mais altas (fortes e estáveis) em comparação com aquelas dos componentes individuais, falamos de um processo de solvatação exotérmica; e, portanto, a energia é liberada para o meio, o que pode ser verificado medindo o aumento da temperatura com um termômetro.

Se, ao contrário, as interações MM e SS são mais fortes do que as interações MS, então para “expandir” eles precisarão de mais energia do que ganham quando a solvatação estiver completa.

Falamos então de um processo de solvatação endotérmica. Sendo assim, registra-se uma queda de temperatura, ou seja, resfria-se o entorno.

Existem dois fatores fundamentais que determinam se um soluto se dissolve ou não em um solvente. A primeira é a mudança de entalpia da solução (ΔH _dis), conforme explicado anteriormente, e a segunda é a mudança de entropia (ΔS) entre o soluto e o soluto dissolvido. Geralmente, o ΔS está associado ao aumento do distúrbio também mencionado acima.

Interações intermoleculares

Foi mencionado que a solvatação é o resultado da ligação física e química entre o soluto e o solvente; entretanto, como são exatamente essas interações ou sindicatos?

Se o soluto for um íon, M ⁺, ocorrem as chamadas interações íon-dipolo (M ⁺ -S); e se for uma molécula, então haverá interações dipolo-dipolo ou forças de dispersão de London.

Quando se fala em interações dipolo-dipolo, diz-se que existe um momento dipolo permanente em M e S. Assim, a região rica em elétrons δ de M interage com a região pobre em elétrons δ + de S. O resultado de todos esses Interações é a formação de várias esferas de solvatação em torno de M.

Além disso, existe outro tipo de interação: a coordenativa. Aqui, as moléculas S formam ligações de coordenação (ou dativas) com M, formando várias geometrias.

Uma regra fundamental para memorizar e prever a afinidade entre soluto e solvente é: semelhante se dissolve semelhante. Portanto, as substâncias polares se dissolvem muito facilmente em solventes igualmente polares; e as substâncias não polares se dissolvem em solventes não polares.

Diferenças com hidratação

Fonte: Gabriel Bolívar

Como a solvatação é diferente da hidratação? Os dois processos idênticos, exceto que as moléculas S, na primeira imagem, são substituídas pelas de água, HOH.

Na imagem superior você pode ver um cátion M ⁺ rodeado por seis moléculas de H ₂ O. Observe que os átomos de oxigênio (na cor vermelha) são orientados para a carga positiva, porque é o mais eletronegativo e, portanto, ambos têm a maior densidade negativa δ-.

Atrás da primeira esfera de hidratação, outras moléculas de água são agrupadas por ligações de hidrogênio (OH ₂ -OH ₂). Estas são interações íon-dipolo. No entanto, as moléculas de água também podem formar ligações de coordenação com o centro positivo, especialmente se for metálico.

Assim, os famosos complexos de água, M (OH ₂) _n, se originam. Como n = 6 na imagem, as seis moléculas são orientadas em torno de M em um octaedro de coordenação (a esfera interna de hidratação). Dependendo do tamanho de M ⁺, da magnitude de sua carga e de sua disponibilidade eletrônica, essa esfera pode ser menor ou maior.

A água é talvez o solvente mais surpreendente de todos: ela dissolve uma quantidade incomensurável de solutos, é um solvente muito polar e tem uma constante dielétrica anormalmente alta (78,5 K).

Exemplos

Três exemplos de solvatação em água são mencionados abaixo.

Cloreto de cálcio

Ao dissolver o cloreto de cálcio em água, o calor é liberado na forma de cátions Ca ²⁺ e solvato de ânions Cl ^-. O Ca ²⁺ é circundado por um número de moléculas de água igual ou superior a seis (Ca ²⁺ -OH ₂).

Da mesma forma, Cl ^- está rodeado por átomos de hidrogénio, o δ + região de água (Cl ^- H ₂ O). O calor liberado pode ser usado para derreter massas de gelo.

Uréia

No caso da ureia, é uma molécula orgânica com a estrutura H ₂ N - CO - NH ₂. Quando solvatadas, as moléculas de H ₂ O formam ligações de hidrogênio com os dois grupos amino (-NH ₂ -OH ₂) e com o grupo carbonila (C = O-H ₂ O). Essas interações são responsáveis ​​por sua grande solubilidade em água.

Da mesma forma, sua dissolução é endotérmica, ou seja, resfria o reservatório de água onde é adicionada.

Nitrato de amônio

O nitrato de amônio, assim como a uréia, é um soluto que resfria a solução após a solvatação de seus íons. O NH ₄ ⁺ é solvatado de maneira semelhante ao Ca ²⁺, embora provavelmente devido à sua geometria tetraédrica tenha menos moléculas de H ₂ O ao seu redor; e NO ₃ ^- é solvatado da mesma maneira que os ânions Cl ^- (OH ₂ -O ₂ NO-H ₂ O).

Referências

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