چرا متانول و اتانول به هر نسبتی در آب حل می شوند ولی نمک ها تا حد سیر شدن حل می شوند؟
رسیدن به حداکثر بی نظمی و حداقل انرژی (گرمازا بودن) در مورد متانول و اتانول در حالی که فرآیند حل شدن نمک طعام گرما گیر است.در این نوع سوالات باید هم پیوندها را در نظر بگیریم و هم عوامل مساعد. درکل پاسخ به این نوع سوالات آسان نیست وباید شرایطی راحتما درنظر گرفت مثلا نمیتوان بطورمطلق بیان کنیم که پیوندهیدروژنی قویتر ازنیروی لاندن است زیرا ید را داریم که درحالت عادی جامد است اما آب مایع وآمونیاک گاز است. وتوضیح می دهیم درصورتی که جرم مولکولی نزدیک یا برابرباشد پیوند هیدروژنی قویترازلاندن است. اما نیروهای یون-دوقطبی ذاتا نیروهای الکتروستاتیکی قویترازهیدروژنی هستند و تجربه ومحاسبات ترمودینامیکی آن را به اثبات رسانده است.
در مورد اکثر نمک ها هم هر دو عامل انتالپی و آنتروپی می تواند مساعد باشد. در مورد اتانول و متانول ضمن تشکیل پیوندهای هیدروژنی قوی ما بین مولکول ها با افزایش مقدار این حل شدن ها در آب بعد از مقداری مشخص نقش ها عوض شده وابسته حل شونده می شود لذا بحث سیرشدگی دیگر مطرح نیست. متانول و اتانول گروه آلکیل کوچک دارند و در OH با آب مشترک هستند و ساختارها به هم نزدیک هستند. گروههای آلکیل دهنده الکترون هستند پس با بزرگتر شدن این گروه ها قطبیت پیوند اکسیژن با هیدروژن کاهش میابد وممکن است این مطلب در انحلال تاثیر داشته باشد. گروه های آلکیل وقتی بزرگتر باشند آب گریزی بیشتر شده و پیوندهای هیدروژنی را ضعیف تر می کنند. برای مولکولی مانند بوتانول یک سر مولکول تمایل به پیوند هیدروژنی و حلالیت در آب دارد و قسمت آلکیلی تمایل به آب گریزی دارد, پس بین این دو نیرو رقابت پیش میاد و تقویت یکی دیگری را تضعیف می کند. عوامل الکترونی هم تاثیر دارند ولی به نظرم اینجا خیلی سبب تفاوت نمی شوند
چند نکته را در مورد انحلال ترکیبات یونی
1. انتالپی انحلال مربوط به انحلال نمک در مقدار زیادی حلال است و برای محلول های سیر شده نیست در گذشته بحث مفصلی برای انحلال سود و پتاس شد این فرایندها با افزایش دما همراه هستند اما به هنگام سیر شدن این فرایندها گرماگیر هستند.
2. انحلال تمامی نمک ها در اب همراه با افزایش انتروپی نیستند یونهایی که چگالی بار بالایی دارند گاهی باعث افزایش نظم در اب می شوند و کاهش انتروپی در اب را همراه دارند.
در مورد اتانول و متانول علاوه بر تشکیل پیوند هیدروژنی که تمام مباحث شکستن و تشکیل پیوندهای هیدروژنی در انتالپی مطرح است و حالا ما بحث انتروپی را هم به آن اضافه می کنیم، در کتاب شیمی عمومی سیلبربرگ نوشته شده در غالب ترکیبات مولکولی نقش انتالپی زیاد نیست و در سال پیش مقاله ای درمجله رشد دیدم که توجه زیادی به انتروپی در انحلال شده بود و حتی حل نشدن برخی ترکیبات را به انتروپی ارتباط داده بود. در مورد انحلال اتانول و متانول در کتاب سیلبربرگ اینگونه نوشته شده است:
برای محلولهای مولکولی افزایش انتروپی پس از حل شدن به طور معمول کوچکتر از محلولهای یونی است واضح است که جامد گلوکز به یون تفکیک نمی شود و یا متانول و اتانول تفکیک شدنی نیست و ساختار بلورین نیز شکسته نمی شود در این الکل های کوچک و در اب خالص پیوندهای هیدروژنی زیادی با یکدیگر برقرار می کنند بنابراین پس از مخلوط اب و الکل ازادی حرکت انها تغییر چندانی نمی کند. افزایش جزیی انتروپی پس از حل کردن متانول یا اتانول در اب به دلیل جدایی مولکولهای یکسان از یکدیگر است.
زهرا