Новости химической науки > Воде не удается удержать ионы на расстоянии

Исследователи из Тихоокеанской Северо-западной Лаборатории и Национальной Лаборатории Аргонны заявляют, что при растворении хлороводорода в воде отрицательно и положительно заряженные ионы не теряют взаимодействия друг с другом, по сути, оставаясь в воде в виде ионных пар.

Общепринятое мнение заключается в том, что в воде происходит полная диссоциация кислот, катионы и анионы разделяются молекулами растворителя, в особенности это разделение значительно в разбавленных растворах кислот.

Тем не менее, новые эксперименты, подкрепленные результатами квантово-химического моделирования, говорят о том, что в жидкой воде отрицательно заряженный хлорид-анион Cl^– и положительно заряженный ион водорода H⁺ находятся на расстоянии более близком, чем предполагалось ранее.

Как отмечает проводивший моделирование и обработку экспериментальных результатов доктор Грегори Шентер (Gregory Schenter), кислоты не диссоциируют в такой степени, как это предполагалось и как это описывается в классических учебниках, и в настоящее время делаются попытки объяснить наблюдаемый феномен с привлечением концепции активности ионов. Он добавляет, что возможно, необходимо значительно пересмотреть концепции активности и взгляды на механизм диссоциации.

Рисунок из The Journal of Physical Chemistry B 118(26):7211; DOI: 10.1021/jp501091h

Если рассматривать современную теорию диссоциации кислот и оснований в воде, поведение катиона водорода H⁺, который быстро ассоциируется с молекулой воды с образованием иона гидроксония (H₃O⁺) изучено сравнительно хорошо, вместе с тем, свойства отрицательно заряженного противоиона, попавшего в окружение молекул воды, изучено не до такой степени тщательно. Результаты этого нового исследования добавляют информации о поведении таких противоионов.

Как говорит один из авторов исследования, Кристофер Мунди (Christopher Mundy) идентификация и изучение свойств интермедиатов диссоциации – ионных пар позволит лучше понять химические процессы, протекающие в неидеальных – концентрированных растворах, встречающихся во многих объектах – от электролитных аккумуляторов до человеческого тела.

Исследователи из Тихоокеанской Северо-западной Лаборатории под руководством Шентера изучают ионные пары уже около полутора десятилетий. Они начали изучать поведение простых ионов, после чего перешли к хлороводороду и другим кислотам. Исследователям вполне обоснованно показалось, что HСl представляет собой простейшую сильную кислоту, однако результаты ее исследования оказались не столь простыми.

Исследователи изучали водные растворы хлороводорода низкой средней и высокой концентрации (2.5, 6, 10 и 16 моль/л HCl), используя как эксперименты, так и компьютерные расчеты. Для экспериментального изучения растворов соляной кислоты привлекались нейтронная дифракция и рентгеновская дифракция, моделирование проводилось в соответствии с разработанным самими исследователями алгоритмом расчетов методом DFT. Было обнаружено, что во всем диапазоне концентраций существует тесная ионная пара Cl^–•••H₃O⁺ – эти наблюдения значительно отличаются от ситуации, характерной для газовой фазы.

В планах исследователей изучение других сильных кислот, при диссоциации которых образуется не одноатомный анион, как у HCl, а многоатомный, способный образовывать межмолекулярные связи с водой сразу несколькими сайтами.

Источник: The Journal of Physical Chemistry B 118(26):7211; DOI: 10.1021/jp501091h

метки статьи: #аналитическая химия, #квантовая химия, #межмолекулярные взаимодействия, #природа химической связи