Продукты присоединения

Коль скоро в растворах взаимодействуют однородные молекулы, то тем больше причин взаимодействовать молекулам разнородным. Это взаимодействие может протекать как между растворенным веществом А и растворителем

так и между двумя растворенными в этом растворителе веществами А и В:

Соединение разнородных молекул в растворах называют ге-теромолекуляриой ассоциацией. И разговор о гетеромолекуляр-иых ассоциатах, продуктах присоединения, позволяет рассмотреть явление сольватации, пожалуй, самое важное из всех, которыми сопровождается образование раствора.

Теория Менделеева, согласно которой компоненты раствора всегда образуют химические соединения определенного состава (стехиометрические соединения), внедрялась в мировоззрение химиков далеко не просто и далеко не триумфально. На сотни примеров бесспорного взаимодействия растворенного вещества с растворителем (вспомним столь любимый в школе и вузах демонстрационный эксперимент: почти белый обезвоженный сульфат меди с водой образует раствор цвета безоблачного мартовского неба) оппоненты приводили десятки столь же бесспорных примеров растворов, компоненты которых во взаимодействие вступать никак не могут. Действительно, трудно представить себе, чтобы, например, гексан и циклогексан в совместном растворе образовывали гетеромолекулярный ассоциат.

Представить это, безусловно, трудно, не совершив диверсии против основ органической химии. Но с другой стороны, химическая термодинамика, которая утверждает, что при образовании гомогенной смеси гексана и циклогексана энергия каждого из них изменяется по сравнению с энергией этих веществ в индивидуальном состоянии, тоже бесспорно права. Так, что же означает изменение энергии компонентов раствора и с чем оно связано?

В подавляющем большинстве случаев энергия любой химической связи состоит из двух составляющих — ковалентной и электростатической. Запомнив это, обратимся к такому важному свойству жидкости, каким является диэлектрическая проницаемость (ДП) - коэффициент, который показывает, во сколько раз энергия электростатического взаимодействия в даииой жидкой среде ослабляется по сравнению с вакуумом. Таким образом, если мы говорим, что какая-то жидкость характеризуется диэлектрической проницаемостью, равной 20,2, это означает, что два каких-то заряженных иона, либо две дипольных молекулы, либо дипольная молекула и ион взаимодействуют друг с другом в этой жидкости с энергией в 20,2 раза меньшей, чем эти объекты взаимодействовали бы друг с другом в вакууме.

Диэлектрическая проницаемость различных жидкостей может изменяться в весьма широких пределах. Так, ДП -гексана равна 1,88, а ДП амида пропионовой кислоты превышает 170. Именно поэтому энергия электростатических взаимодействий, во-первых, изменяется при растворении вещества в любом растворителе, во-вторых, различна в различных растворителях. Этим и объясняется изменение энергии веществ при растворении.

Если вослед одному из наиболее видных представителей учения о растворах Г. А. Крестову под сольватацией понимать всю совокупность изменений, происходящих как с молекулами растворяемого вещества, так и с молекулами растворителя при образовании раствора, то следует признать, что процесс сольватации всегда сопровождает образование любого раствора. Чтобы различить (в значительной степени условно) сольватацию, связанную с изменением энергии электростатических взаимодействий в растворе, и сольватацию, связанную с образованием химических соединений, их, соответственно, называют универсальной и специфической сольватацией. Таким образом,

энергия взаимодействия растворяемого вещества с растворителем (энергия сольватации) состоит из двух составляющих:

где — энергия универсальной сольватации; энергия специфической сольватации.

Поскольку ДП растворителя всегда отличается от ДП вакуума (у которого эта величина, по определению, равна 1), процесс сольватации всегда (всегда!) сопровождает образование раствора и, можно сказать, является синонимом этого процесса.

Как видим, в споре представителей химической теории растворов Менделеева и физической теории растворов, предложенной Аррениусом, Оствальдом и Вант-Гоффом, правы были обе стороны. Действительно, взаимодействие между компонентами раствора, сольватация, протекает всегда, однако не всегда это взаимодействие сопряжено с образованием стехиометрических соединений. Но как бы то ни было, растворенные соединения всегда сольватированы и поэтому взаимодействие в растворе двух соединений точнее следовало бы описать схемой:

После сказанного становится очевидным, каким глубоким смыслом преисполнен этот индекс сольватированный.