Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Катион натрия сольватируется молекулами воды с их частично отрицательно заряженными неподеленными парами, направленными внутрь в сторону положительно заряженного иона натрия.

Число гидратации или сольватационное число соединения определяется как среднее число молекул, связанных с соединением сильнее (на 13,3 ккал / моль или более), чем они связаны с другими молекулами воды. [1] Число гидратации зависит от концентрации соединения в растворе и идентичности соединения. Когда соединения растворяются в воде, молекулы воды образуют сольватную оболочку, окружающую растворенное вещество. Для заряженных частиц ориентация молекул воды вокруг растворенного вещества зависит от его ионного заряда [2]с катионами, притягивающими электроотрицательный кислород воды, и анионами, притягивающими водород. Незаряженные соединения, такие как метан, также могут сольватироваться водой и также иметь число гидратации. Хотя сольватационные оболочки могут содержать взаимодействия растворитель-растворенное вещество внутренней и внешней оболочки, число гидратации обычно фокусируется на молекулах растворителя внутренней оболочки, которые наиболее непосредственно взаимодействуют с растворенным веществом. [3]

Фон [ править ]

Учитывая огромное количество жидкой воды, обнаруженной в биологических системах, и высокую распространенность растворенных ионных частиц, понимание поведения ионов в растворе имеет решающее значение. Ионы в растворе должны преодолеть не только предпочтительное энтропийное состояние неупорядоченных молекул воды, чтобы сформировать сольватную оболочку, но и мощные взаимодействия водородных связей, обнаруживаемые между молекулами воды. Притяжение между растворенным ионом и водой увеличивается с увеличением электрического заряда растворенного вещества и уменьшается с увеличением его радиуса. Оценки гидратного числа не ограничиваются целочисленными значениями (например, оценки для натрия включают 4, 4.6, 5.3, 5.5, 5.6, 6, 6.5 и 8), при этом некоторый разброс оценочных значений обусловлен различными методами обнаружения. [4]

Определение числа гидратации [ править ]

Число гидратации можно определить с помощью множества различных экспериментальных методов. К ним относятся спектроскопии комбинационных рассеяние , [5] нейтроны и рентгеновское рассеяние , [6] люминесценция , [7] и ЯМР . [8] Число гидратации может меняться в зависимости от того, находится ли компонент в форме кристаллической решетки или свободно течет в растворе. Кажущееся число гидратации видов может варьироваться в зависимости от того, какой экспериментальный метод использовался. [4] В частности, большие катионы щелочных металлов, очень часто встречающиеся в природе и в биологических системах, остаются ненадежно охарактеризованными. [9]

Клатраты метана [ править ]

Смотрите также: клатрат метана
Клатраты метана, твердые кристаллические вещества, образованные сольватированием метана и заключенными в клетку из молекул воды, устойчиво горят.

Метан ( CH 4 ) - простейшее углеводородное соединение. Хотя он относительно гидрофобен , его небольшой размер позволяет ему растворяться в кристаллической оболочке воды при низких температурах и высоких давлениях. Это образует твердое кристаллическое соединение, подобное льду, которое в больших количествах можно найти под отложениями на дне океана. Число гидратации метана в клатрате составляет 46 молекул воды на элементарную ячейку . Метан в растворе имеет число гидратации 20. [8] Помимо метана, другие простые молекулы, такие как этан и диоксид углерода, также могут образовывать гидраты в этих экстремальных условиях. [10]

Глобальное распределение запасов клатрата метана в океане по всему миру, 1996 г.

Учитывая зависимость от низких температур в удержании гидратированного метана от атмосферы, антропогенное изменение климата стало возможной дестабилизирующей силой для огромных запасов клатратов. Оценки количества метана, заключенного в клатраты, колеблются от 500 до 2500 гигатонн углерода. [11] Из-за горючести метана клатраты метана могут гореть, создавая поразительный «горящий лед». Обилие клатратов метана также делает его заманчивым источником энергии ископаемого топлива в будущем. [10]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Завицас, Андреас А. (2016). «Некоторые мнения невиновного свидетеля о сериале Хофмайстера». Текущее мнение в науке о коллоидах и интерфейсах . 23 : 72–81. DOI : 10.1016 / j.cocis.2016.06.012 .
  2. ^ Васлоу, Фред (1963). «Ориентация молекул воды в поле щелочного иона». Журнал физической химии . 67 (12): 2773–2776. DOI : 10.1021 / j100806a063 .
  3. ^ Ремпе, Сьюзен Б .; Пратт, Лоуренс Р. (2001). «Число гидратации Na + в жидкой воде». Равновесия жидкой фазы . 183–184: 121–132. arXiv : физика / 0006026 . DOI : 10.1016 / s0378-3812 (01) 00426-5 .
  4. ^ a b Mähler, Johan; Перссон, Ингмар (2 января 2012 г.). «Исследование гидратации ионов щелочных металлов в водном растворе» . Неорганическая химия . 51 (1): 425–438. DOI : 10.1021 / ic2018693 . PMC 3250073 . PMID 22168370 .  
  5. ^ Учида, Цутому; Хирано, Такаши; Эбинума, Такао; Нарита, Хидео; Гохара, Кадзутоши; Мэй, Синдзи; Мацумото, Ре (1 декабря 1999 г.). «Рамановское спектроскопическое определение гидратного числа гидратов метана». Журнал Айше . 45 (12): 2641–2645. DOI : 10.1002 / aic.690451220 .
  6. ^ Ремпе, Сьюзен Б .; Пратт, Лоуренс R .; Хаммер, Герхард; Кресс, Джоэл Д.; Мартин, Ричард Л .; Редондо, Антонио (1 февраля 2000 г.). «Число гидратации Li + в жидкой воде». Журнал Американского химического общества . 122 (5): 966–967. arXiv : физика / 0001011 . DOI : 10.1021 / ja9924750 .
  7. ^ Вернер, Эрик Дж .; Аведано, Стефано; Ботта, Мауро; Hay, Benjamin P .; Мур, Эван Г .; Эйме, Сильвио; Раймонд, Кеннет Н. (1 февраля 2007 г.). «Высокорастворимые комплексы трис-гидроксипиридоната Gd (III) с повышенным числом гидратации, быстрым водным обменом, медленной электронной релаксацией и высокой релаксацией» . Журнал Американского химического общества . 129 (7): 1870–1871. DOI : 10.1021 / ja068026z . PMC 3188311 . PMID 17260995 .  
  8. ^ a b Дек, Стивен Ф .; Bowler, Kristin E .; Stadterman, Laura L .; Ко, Кэролайн А .; Слоан, Э. Денди (1 января 2006 г.). «Прямое измерение числа гидратации водного метана». Журнал Американского химического общества . 128 (2): 414–415. DOI : 10.1021 / ja055283f . PMID 16402820 . 
  9. ^ Смирнов, ПР; Тростин, В.Н. (1 декабря 2007 г.). «Структуры ближайшего окружения ионов K +, Rb + и Cs + в водных растворах их солей». Российский журнал общей химии . 77 (12): 2101–2107. DOI : 10.1134 / S1070363207120043 .
  10. ^ а б Баффет, Брюс; Арчер, Дэвид (2004). «Глобальная инвентаризация клатрата метана: чувствительность к изменениям в глубинах океана». Письма о Земле и планетах . 227 (3–4): 185–199. Bibcode : 2004E & PSL.227..185B . DOI : 10.1016 / j.epsl.2004.09.005 .
  11. ↑ Милков, Алексей В. (2004). «Глобальные оценки газа, связанного с гидратами, в морских отложениях: сколько на самом деле там?». Обзоры наук о Земле . 66 (3–4): 183–197. Bibcode : 2004ESRv ... 66..183M . DOI : 10.1016 / j.earscirev.2003.11.002 .