Химия для физика

[Droog_Andrey]

По поводу структуры воды и гидратных оболочек ионов см. здесь:
http://www.lsbu.ac.uk/water/

[timn]

Droog_Andrey в сообщении #239761 писал(а):

По ...любом справочнике по растворимости (например, вот в этом).

Спасибо за ссылку!
Думаю, что эта книга мне здорово поможет!

[duke2003]

Я, как раз, химфизик. Маленькое замечание, нету такой молекулы NaCl. Есть лишь кристалл с ионами натрия и хлора. Когда происходит его растворение, то в растворе плавают эти ионы. И не обязательно в воде, можно и в спирте растворить...

[Comanchero]

duke2003 в сообщении #244917 писал(а):

Я, как раз, химфизик. Маленькое замечание, нету такой молекулы NaCl.

Ну это Вы загнули.. А что $NaCl$ не испаряется? Не растворяется в неполярных растворителях???-никаких ионов там не плавает (в первом приближении конечно, так как проводимость в растворах полярных растворителей (г.о. воде) выше на несколько порядков ($\sim 10^6$ ) чем в неполярных...

Хотя, если даже рассматривать полярные растворители, то в них реакция направлена в обе стороны, тоесть диссоциация уравновешивется ассоциацией $NaCl \leftrightarrows Na^++Cl^-$

[duke2003]

Не понял, при чем тут испаряется или нет. Кристалл состоит из катионов и анионов, в расплавленном состоянии тоже. Как там оно в газе, не очень мне ясно, отдельные ионы летают, или группируются вокруг друг-друга.
Дайте пример когда NaCl растворяется в неполарном растворителе. Сильно сомневаюсь, что в каком-нибудь CnH2n+2 эта соль растворяется. Но это и не так важно.

Опять, начинаем с нормального состояния соли, с кристалла, в узлах решетки которого сидят Na+ и Cl-. Когда кидаем кристалл в воду или в спирт, кристаллическая структура исчезает, ионы равномерно распределяются во всем объеме растворителя. Понятно, что катион и анион окруженны молекулами растворителя. Но, обратите внимание, до растворения молекулы NaCl не было (были лишь упорядочно расположенные в пространстве ионы 2х элементов) и ее нет после растворения.

[Munin]

duke2003 в сообщении #245711 писал(а):

Как там оно в газе, не очень мне ясно, отдельные ионы летают, или группируются вокруг друг-друга.

А между прочим, это интересный момент. Такие газы будут вести себя существенно по-разному. Собственно, газ ионов будет плазмой, скорее надо спросить, не будет ли в газе отдельных нейтральных атомов, но тут, наверное, вы согласитесь, что существование в виде двухатомных молекул намного выгоднее. А вот четырёх- и более- атомные кластеры, уже, наверное, маловероятны.

[Droog_Andrey]

Народ, строго говоря, не существует никаких ионов в твёрдой фазе $NaCl$. Это примерно то же самое, что сказать, что металлическое железо состоит из ионов железа. Это всего лишь приближение. Тот факт, что электронная плотность смещена к атомам хлора, позволяет нам использовать такое приближение и объясняет электропроводность расплава $NaCl$.

В газообразном состоянии при небольших температурах существует равновесие между молекулами $NaCl$ и ионами, которое смещается в сторону образования ионов с повышением температуры; при больших же температурах получается обычная плазма, донорами электронов в которой становятся в первую очередь атомы хлора.

Разбавленный раствор $NaCl$ в полярном растворителе - пожалуй, единственная система, где можно с уверенностью говорить о по отдельности существующих ионах $Na^+$ и $Cl^-$, но они там сольватированы, а при сольватации заряд распределяется по всему кластеру из молекул растворителя.

В "чистом" же виде же ионы $Na^+$ и $Cl^-$ существуют, например, в межзвёздном пространстве.

Munin в сообщении #245715 писал(а):

не будет ли в газе отдельных нейтральных атомов, но тут, наверное, вы согласитесь, что существование в виде двухатомных молекул намного выгоднее.

При температурах выше температуры кипения $NaCl$ образование двухатомных молекул $Na_2$ и $Cl_2$ термодинамически очень маловероятно.

[duke2003]

Нет, металлическое железо состоит из нейтральных атомов железа, которые тоже упорядоченны в пространстве, сидят в своих потенциальных ямах и образуют свою кристаллическую решетку. В случае NaCl сидят ионы.
Мне кажется, что тут проводить аналогию с, на пример, сильно полярной ковалетной связью не нужно. например связь С-Сl это как раз тот случай, когда "электронная плотность смещена к атомам хлора," А для NaCl и подобных даже расстояние между элементами раз в 10 больше размера последних, как там может быть перенос электрона переходить. Это, как учили, 100% пример ионной связи. Плюс ко всему, Na0 и Сl0 не существуют вместе, реагируют практически при любых нормальных температурах.
Экспериментально не сложно показать (XPS), что в соединениях типа M+X- металл есть катион, а не нейтральных атом. Понятно, что это так же не есть плазма.
Существует много примеров органических ионов A+X- (ionic liquids) которые могут иметь температуру плавления ~ 20 oC. Они в жидком состоянии состоят из подвижных ионов, в почему вдруг в твердом они должны образовывать молекулу AX. На мой взгляд, они, как и NaCl образуют в твердом виде свою решетку и ионы сидят в своих узлах.
Объясните, плз, в чем не прав.

[Comanchero]

duke2003 в сообщении #245711 писал(а):

Как там оно в газе, не очень мне ясно, отдельные ионы летают, или группируются вокруг друг-друга.

"Непонятно, но буду утверждать.."-согласитесь, duke2003, это не аргументированный подход.

Итак, температура кипения $NaCl$ равна 1465° С. Энергия разрыва связи $Na-Cl$ равна $\simeq 8$ эВ, что соответствует $\simeq 90000^0$ К. Откуда понятно, что почти все молекулы $NaCl$ испаряются без разрыва ионной связи.

Droog_Andrey в сообщении #245742 писал(а):

Разбавленный раствор $NaCl$ в полярном растворителе - пожалуй, единственная система, где можно с уверенностью говорить о по отдельности существующих ионах $Na^+$ и $Cl^-$, но они там сольватированы, а при сольватации заряд распределяется по всему кластеру из молекул растворителя.

Это не совсем так, для растворённых(сольватированных) ионов существует динамическое равновесие ( которое можно сместить в любую сторону, согласно принципу Ле Шателье), тоесть диссоциация уравновешивется ассоциацией $NaCl \leftrightarrows Na^++Cl^-$. А это говорит о том, что всё же часть времени ионы соединены в молекулу.

[duke2003]

А что странного, даже в газовой фазе Na+ и Cl- могут образовавыть пару (четверку и т.д.), быть в связанном состоянии и не распадаться на свободные ионы.

[Comanchero]

duke2003 в сообщении #245805 писал(а):

даже в газовой фазе Na+ и Cl-

Это плазменная фаза, а не газовая..В газовой фазе концентрация ионов натрия и хлора мала.

[Munin]

Droog_Andrey в сообщении #245742 писал(а):

Народ, строго говоря, не существует никаких ионов в твёрдой фазе $NaCl$. Это примерно то же самое, что сказать, что металлическое железо состоит из ионов железа. Это всего лишь приближение.

Наконец-то сказано.

Droog_Andrey в сообщении #245742 писал(а):

В газообразном состоянии при небольших температурах существует равновесие между молекулами $NaCl$ и ионами, которое смещается в сторону образования ионов с повышением температуры; при больших же температурах получается обычная плазма, донорами электронов в которой становятся в первую очередь атомы хлора.

Осталось только ссылку привести.

Droog_Andrey в сообщении #245742 писал(а):

В "чистом" же виде же ионы $Na^+$ и $Cl^-$ существуют, например, в межзвёздном пространстве.

И чем же ситуация там отличается от газообразного состояния при небольших температурах (дающих примесь молекул) или при больших (дающих примесь электрон-ионной плазмы)?

Droog_Andrey в сообщении #245742 писал(а):

При температурах выше температуры кипения $NaCl$ образование двухатомных молекул $Na_2$ и $Cl_2$ термодинамически очень маловероятно.

Разумеется, речь шла о молекулах $\mathrm{NaCl}.$ Кстати, и о $\mathrm{Na}_n\mathrm{Cl}_n$ тоже.

duke2003 в сообщении #245783 писал(а):

Нет, металлическое железо состоит из нейтральных атомов железа, которые тоже упорядоченны в пространстве, сидят в своих потенциальных ямах и образуют свою кристаллическую решетку.

Тут с вами любой физик поспорит. Все физсвойства металлов существенно завязаны на то, что в узлах решётки расположены положительные ионы, а электроны верхнего уровня образуют непрерывное "море". Различия в этих свойствах между металлами и ковалентными кристаллами на много порядков, так что не спутаешь.

[Droog_Andrey]

duke2003 в сообщении #245783 писал(а):

Это, как учили, 100% пример ионной связи.

Ошибочно учили. 100%-ной ионной связи не бывает. Иначе это уже не связь, а просто пара ионов.

Comanchero в сообщении #245785 писал(а):

Энергия разрыва связи $Na-Cl$ равна $\simeq 8$ эВ, что соответствует $\simeq 90000^0$ К.

А энтропийный вклад кто учитывать будет?

Comanchero в сообщении #245785 писал(а):

Droog_Andrey в сообщении #245742 писал(а):

Разбавленный раствор $NaCl$ в полярном растворителе - пожалуй, единственная система, где можно с уверенностью говорить о по отдельности существующих ионах $Na^+$ и $Cl^-$, но они там сольватированы, а при сольватации заряд распределяется по всему кластеру из молекул растворителя.

Это не совсем так, для растворённых(сольватированных) ионов существует динамическое равновесие ( которое можно сместить в любую сторону, согласно принципу Ле Шателье), тоесть диссоциация уравновешивется ассоциацией $NaCl \leftrightarrows Na^++Cl^-$. А это говорит о том, что всё же часть времени ионы соединены в молекулу.

При бесконечном разбавлении степень диссоциации стремится к 100%.

Munin в сообщении #245862 писал(а):

Осталось только ссылку привести.

Влом искать, если честно

Munin в сообщении #245862 писал(а):

Droog_Andrey в сообщении #245742 писал(а):

В "чистом" же виде же ионы $Na^+$ и $Cl^-$ существуют, например, в межзвёздном пространстве.

И чем же ситуация там отличается от газообразного состояния

Тем, что это состояние далеко от термодинамического равновесия. Ионы, летающие в межзвёздном пространстве, просто не могут найти друг друга для "спаривания" за адекватное время. В результате мы можем их наблюдать как самостоятельные устойчивые частицы.

Munin в сообщении #245862 писал(а):

Разумеется, речь шла о молекулах $\mathrm{NaCl}.$ Кстати, и о $\mathrm{Na}_n\mathrm{Cl}_n$ тоже.

Ну тогда да. Кстати, там ещё и куча всяких $Na_2Cl_3^-$ и им подобных кластеров самой разнообразной геометрии. Но все они существуют очень короткое время.

[Munin]

Droog_Andrey в сообщении #245928 писал(а):

Ошибочно учили. 100%-ной ионной связи не бывает. Иначе это уже не связь, а просто пара ионов.

Даже так, просто пары ионов - тоже не бывает. Потому что у любого иона ненулевая поляризуемость.

Droog_Andrey в сообщении #245928 писал(а):

Тем, что это состояние далеко от термодинамического равновесия.

А это вы зря. Время установления равновесия, конечно, дольше, но временных промежутков, на которых рассматривается поведение этого газа, вполне достаточно. В неравновесном состоянии межзвёздный газ, конечно, бывает, но, например, если его только что облучили.

[Droog_Andrey]

Munin в сообщении #245954 писал(а):

Даже так, просто пары ионов - тоже не бывает. Потому что у любого иона ненулевая поляризуемость.

Если они (ионы) достаточно далеко друг от друга, то этим можно пренебречь.

Munin в сообщении #245954 писал(а):

например, если его только что облучили.

А облучать много кому есть. Гамма-всплексом в межгалактическом пространстве таких ионов нарежет будь здоров - тысячелетиями летать будут. Да и стационарных источников излучения достаточно. Мало ли планетарок подсвечивается рентгеном.

Вообще же межзвёздный и межгалактический газ - штука весьма и весьма неравновесная в химическом плане. Слишком велик градиент химического потенциала для космических масштабов. Радикалов вон всяких - пруд пруди; они бы и рады рекомбинировать, да не успевают.

Впрочем, мы скатились в обсуждение крайних случаев; суть от них не меняется