СОЛЬВАТАЦИЯ

взаимод. молекул растворенного в-ва (или их ассоциатов) с молекулами р-рителя. Приводит к изменению св-в молекул в р-ре (в сравнении со св-вами газовой фазы), влияет на все физ. и физ.-хим. процессы, протекающие в р-рах, в т. ч. определяет скорость реакций в растворах и положение равновесия, а в ряде случаев и их механизм. С. в водных средах часто наз. гидратацией. Наиб. интенсивна С. ионов в растворах электролитов.

С. состоит в том, что молекула растворенного в-ва оказывается окруженной сольватной оболочкой, состоящей из более или менее тесно связанных с ней молекул р-рителя. В результате С. образуются сольваты-мол. образования постоянного или переменного состава. Время жизни соль-ватов определяется характером и интенсивностью межмолекулярных взаимодействий; даже в случае сильного взаимод. время жизни отдельного сольвата мало из-за непрерывного обмена частицами в сольватной оболочке. В соответствии с типами межмол. взаимод. выделяют неспецифическую и специфическую С. Неспецифическая С. обусловлена ван-дер-ваальсовыми взаимод., специфическая С. проявляется гл. обр. вследствие электростатич. взаимод., коор-динац. и водородных связей.

Важнейшие термодинамич. характеристики С.-энталь-пия С. DH_c и энергия Гиббса С. (своб. энергия С.) DG_c, связанные соотношением:

DG_c= DH_c -ТDS_c,

где DS_c -энтропия С., T-абс. т-ра. Энтальпия С. определяет тепловой эффект внедрения молекулы растворенного в-ва в р-ритель; энергия Гиббса С. определяет растворимость в-ва.

Наиб. простой способ эксперим. определения энтальпии С. состоит в непосредств. измерении теплового эффекта растворения в-ва А в р-рителе S-энтальпии растворения DH _р ^А/S -и использовании соотношения:

где -энтальпия парообразования в-ва А. Благодаря развитию калориметрич. техники определение энтальпий растворения возможно практически для всех систем; осн. проблема состоит в корректном определении энтальпий парообразования. В то же время измерения значений DG_c достаточно трудны, особенно в случаях С. ионов в неводных р-рах. Нередко вместо DG_c вычисляют изменение этой величины D(DG_c) относительно ее значения в водной среде, используя для этого стандартную молярную энергию DG _п переноса иона X из воды W в к.-л. р-ритель S:

D(DG_c) = DG _п(X, W:S)= (в р-рителе S)- (в воде),

где -стандартный хим. потенциал иона X (рассматривается бесконечно разб. р-р).

Структура ближайшего окружения частицы растворенного в-ва характеризуется координационными числами С., определяемыми как кол-во молекул р-рителя, связанных достаточно долго с этой частицей, чтобы участвовать вместе с ней в диффузионном движении. Число С. зависит от природы растворенной частицы и р-рителя, а также в нек-рой степени от используемого метода определения; обычно используют данные по сжимаемости р-ра, скорости диффузии ионов, электропроводности, а также термохим. методы, электронное спиновое эхо и др. Для одновалентных ионов щелочных металлов и галогенов числа С. составляют от 0,5 до 5,0 (значения меньше 1 свидетельствуют о том, что в нек-рые моменты времени сольват-ная оболочка отсутствует).

В бинарных р-рителях, состоящих из нейтрального (не-полярного) и активного (полярного) компонентов, возникает селективная С., при к-рой состав сольватной оболочки резко отличается от состава р-ра в целом. Особенно сильна селективная С. при малых концентрациях полярного компонента.

При исследовании динамич. поведения молекул в р-рах, их реакц. способности, для описания С. короткоживущих состояний используют понятие неравновесной С. (неравновесной среды), при к-рой состав и строение сольватных оболочек не отвечают минимуму своб. энергии системы, достижимому при условии бесконечности времени жизни данных состояний. Напр., состояния молекул, из к-рых происходит оптич. (излучательный) квантовый переход, всегда сольватированы неравновесно. Неравновесность среды определяется как вращательными, так и трансляц. степенями свободы молекул р-рителя. Релтаксация среды к равновесию происходит по закону ехр(-t/т _L), где t- время, т _L- характеристика релаксац. способности р-рителя. Для воды, напр., т _L = 0,25