Растворимость неорганических веществ в воде

Хотя малая часть лекарственных средств являются неорганическими электролитами, тем не менее, уместно учитывать их способность взаимодействовать с водой. Электролиты по необходимости входят в состав замещающих жидкостей, инъекций, глазных капель и многих других лекарственных форм. В диагностике и лечении используются соединения с увеличенным количеством металлосодержащих компонентов, некоторые из которых имеют интересное поведение в растворе.

Сначала рассмотрим простые соли. Что определяет растворимость соли, такой как хлорид натрия, и его растворимость по отношению к, допустим, хлориду серебра? Растворимость хлорида натрия превышает 5 моль/л, в то время как растворимость хлорида серебра в 500000 меньше. Энтальпия серебра хлорида равна 62.8 кДж/моль и энтальпия натрия хлорида равна 4.2 кДж/моль, из этого можно заключить, что имеется значительная разница в строении кристаллической решетки или во взаимодействии ионов с водой. Действительно очень большая прочность хлорида серебра обусловлена высокой полярностью иона серебра. Энтальпия для ионизированного раствора может быть выражена как (5.2).

По идее, твердая соль(к примеру, натрия хлорид) обращена в газовую форму Na⁺ (g) + Cl^- (g), и далее каждую молекулу гидратируют до образования веществ Na⁺(aq) и Cl^-(aq). Если теплота гидратации достаточна для обеспечения энергии, необходимой для разрушения решетки, то соль будет свободно солюбилизироваться при данной температуре и ионы будут быстро вытеснены из решетки. Если парциальная молярная энтальпия вещества в растворе положительная, то растворимость будет повышаться с увеличением температуры; если она отрицательная, то растворимость будет понижаться в соответствии с правилом Ле Шателье.

Из Харитоши

Теплота растворения – тепловой эффект процесса растворения 1 моля вещества в бесконечно большом количестве растворителя. Теплота растворения складывается из двух составляющих: теплоты разрушения кристаллической решетки (для твердого вещества) и теплоты сольватации:

Поскольку ΔН_кр.реш всегда положительно (на разрушение кристаллической решетки необходимо затратить энергию), а ΔН_сольв всегда отрицательно, знак ΔН_раств определяется соотношением абсолютных величин ΔН_кр.реш и ΔН_сольв:

Радиус ионной атмосферы сравнительно велик, поэтому ионные атмосферы соседних ионов пересекаются; кроме того, каждый ион окружен дипольными молекулами растворителя – сольватной оболочкой.

Строение коллоидной мицеллы(на всякий, чтоб вспомнили)

Лиофобные коллоиды обладают очень высокой поверхностной энергией и являются поэтому термодинамически неустойчивыми; это делает возможным самопроизвольный процесс уменьшения степени дисперсности дисперсной фазы (т.е. объединение частиц в более крупные агрегаты) – коагуляцию золей. Тем не менее золям присуща способность сохранять степень дисперсности – агрегативная устойчивость, которая обусловлена, во-первых, снижением поверхностной энергии системы благодаря наличию на поверхности частиц дисперсной фазы двойного электрического слоя и, во-вторых, наличием кинетических препятствий для коагуляции в виде электростатического отталкивания частиц дисперсной фазы, имеющих одноименный электрический заряд.

Строение структурной единицы лиофобных коллоидов – мицеллы – может быть показано лишь схематически, поскольку мицелла не имеет определенного состава. Рассмотрим строение коллоидной мицеллы на примере гидрозоля иодида серебра, получаемого взаимодействием разбавленных растворов нитрата серебра и иодида калия:

AgNO₃ + KI ––> AgI + KNO₃

Коллоидная мицелла золя иодида серебра (см. рис. 4.9) образована микрокристаллом иодида серебра, который способен к избирательной адсорбции из окружающей среды катионов Ag+ или иодид-ионов. Если реакция проводится в избытке иодида калия, то кристалл будет адсорбировать иодид-ионы; при избытке нитрата серебра микрокристалл адсорбирует ионы Ag+. В результате этого микрокристалл приобретает отрицательный либо положительный заряд; ионы, сообщающие ему этот заряд, называются потенциалопределяющими, а сам заряженный кристалл – ядром мицеллы. Заряженное ядро притягивает из раствора ионы с противоположным зарядом – противоионы; на поверхности раздела фаз образуется двойной электрический слой. Некоторая часть противоионов адсорбируется на поверхности ядра, образуя т.н. адсорбционный слой противоионов; ядро вместе с адсорбированными на нем противоионами называют коллоидной частицей или гранулой. Остальные противоионы, число которых определяется, исходя из правила электронейтральности мицеллы, составляют диффузный слой противоионов; противоионы адсорбционного и диффузного слоев находятся в состоянии динамического равновесия адсорбции – десорбции.

Схематически мицелла золя иодида серебра, полученного в избытке иодида калия (потенциалопределяющие ионы – анионы I^–, противоионы – ионы К⁺) может быть изображена следующим образом:

{[AgI]_m · nI^– · (n-x)K⁺}^x– · x K⁺

При получении золя иодида серебра в избытке нитрата серебра коллоидные частицы будут иметь положительный заряд:

{[AgI]_m · nAg⁺ · (n-x)NO₃^–}^x+ · x NO₃^–

Рис. 4.9. Строение коллоидной мицеллы

Агрегативная устойчивость золей обусловлена, таким образом, рядом факторов: во-первых, снижением поверхностной энергии дисперсной фазы (т.е. уменьшения движущей силы коагуляции) в результате образования двойного электрического слоя и, во-вторых, наличием кинетических препятствий для коагуляции в виде электростатического отталкивания имеющих одноименный заряд коллоидных частиц и противоионов. Еще одна причина устойчивости коллоидов связана с процессом гидратации (сольватации) ионов. Противоионы диффузного слоя сольватированы; эта оболочка из сольватированных противоионов также препятствует слипанию частиц.