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介绍完了水分子的构成特点

下面来看一下

为什么说水分子具有非常好的应用溶剂化金属离子

首先来看一下

所谓的溶剂化是指的是什么或是水为什么会

认为它是具有非常好的溶剂化作用

溶剂化作用可以把它理解为是金属盐

在水溶液里面它可以以阳离子和阴离子的形式存在

而且这阳离子和离子是稳定存在的

我们把它变成水就做溶剂化的作用

就把它 金属盐变成了离子状态形式存在

为什么它会有这么强的溶剂化的作用

这主要是源于水的

非常重要的作用 它具有非常强的极性

我们知道

水的极性从量子化学或者是无机化学角度上讲

是因为什么

取决于组成水分子的原子之间的电负性的差别

水里面有氧和氢组成 电负性差别很大

这样会使得水的平均电负性就非常大

这里给出的是平均电负性的计算公式

水的计算公式 同时也给出了氧和氢之间的电负性

可以看到氧和氢的部分电核 所带部分电核

可以看到氧它的部分电核-0.4 氢是+0.2

相差是比较大的

同时可以看一下氧 由于氧和氢之间有这种强的电负性差

它会使得氧会强的吸附氢上的质子

氢质子上的电子 氢它本身是缺电子的状态

氢缺这电子状态在水溶液里面缺电子 氧有电子

所以这样通过H-O作用链

水分子和水分之间会通过氧氢之间生成新的氢键

就是键能大概在20到40kJ/mol

这样就可以形成特殊的结构

只要是水分子跟金属离子进行强的相互作用

相互作用的水分子它周围

利用氢键的作用就可以生成很多的水分子

这样整个水分子

就可以把阳离子和阴离子保护起来

这样就无形中隔断了阳离子和阴离子之间的联系

所以就稳定了阳离子和阴离子的作用

水具有较高的介电常数

实际上就是经常讲的

它溶剂化的非常重要的指标

介电常数越高它导电能力就越弱

这样就可以阻隔

阳离子和阴离子之间的静电吸引力

正是利用水的这种解离机理的作用

就使得溶液里面金属离子或阴离子是以

离子形式在溶液里面不断的扩散和溶解

而不会发现在溶液里面还是以盐类 以晶体的形式存在

所以说水为什么具有非常好的溶剂化

就源于强极性导致的

而强极性是因为电负性

要知道阳离子是酸

如果从酸碱理论上讲应该叫做L酸

L酸 Lewis酸

它有机会接触电子对

由于水的强极性氧会拉

氢的电子 这样氧上是富集电子

那很显然

很容易跟金属阳离子进行强的相互作用

所以可以看到金属离子

既可以溶剂化阳离子又可以溶剂化阴离子

而溶剂化阳离子 刚才说的

因为氧可以拉氢质子上的电子 氢上的电子

这样会使得它电子密度比较大

而氧上的最高的

可以成键的最高占据轨道3a1轨道

所以它会跟Lewis酸

通过亲和作用

生成类似的lewis碱

所以就是典型的酸碱反应 3a1轨道的电子

提供电子给lewis酸

也就是说金属阳离子的位置

反过来说如果是阴离子

这时就考虑 因为阴离子是富集电子

反过来说由于水的强极性质子上的氢又少电子

所以这样也可以相当于利用氢健的作用

又可以溶剂化阴离子

通过这样强的相互作用

就可以形成非常典型的水合离子的结构

对阳离子来说可以看一下这样

有个阳离子

由于它是lewis酸

而水氧上富集电子

所以它能够提供电子对

而lewis酸是酸 接受电子对

所以在阳离子周围会吸附一层水的分子

这时候就把它叫做溶剂化层 就是水的第一溶剂化层

生成第一溶剂化层可以看到这种电子传输是传递的

氧吸附氢电子

氧的电子又被金属阳离子吸附了

这样氢是缺电子的

缺电子它会在外面又吸一层氧

水分子因为水里面的氧正好是富集电子的

这样会形成第二溶剂化层

以此类推会有第三 第四 第五

可以想象一下

金属阳离子跟水第一溶剂化层之间

它的作用力非常强 拉电子效应非常强

溶剂化层就越来越厚

这样如果作用力越强水合离子阳离子就越稳定

同样阴离子也是这样

它可以通过氢键的作用

阴离子能够给电子

氢是缺电子的

那这样就成了氢建

就可以合成了第一溶剂化层和第二溶剂化层 第三 第四

这溶剂化层的厚度

也取决于水分子和离子之间的强的相互作用

如果它作用力越强也就相当于 溶剂化层就越厚

越厚可以想想

阳离子和阴离子之间要相互碰撞

或接触的几率就比较少

它中间隔了很多的水分子

这样就提高了水合离子的稳定性 这就是溶剂化的由来

然而还有种离子是

如果有些离子

在沸石分子筛里面经常用到的有机铵离子

它是一种疏水的分子 同时它本身带电性

所以这个时候它也会生成这种类似的水合离子的结构

所不同这种水合离子结构是

可以看作它是一种立体的结构

就是相当于 因为它本身疏水

这疏水的作用是因为它有 有机的集团

有机集团化在水溶液中看做它以一定的

结构或一定的形态就是立体结构存在的

但是同时由于阳离子Lewis酸的存在

它周边还会吸附水分子

这样由于有机官能团的疏水的作用

它会生成水包覆着中空的空间 也就是

如果在沸石分子筛里面改变模板剂 有机模板剂

比说有机链的键长或结构

就会改变整个的水合离子的立体空间

这就是经常讲的为什么模板剂不一样

沸石的孔结构如果是孔道结构不一样

实际上它最本质原因就是构建

疏水的阳离子的水合离子的新的结构

在这里反复给大家强调了水合离子的稳定性

跟它的作用力有关系

如果说它作用力很强 电子的转移很强

它溶剂化层就越厚

转移电子很强取决于 以阳离子为例看到这是正电核

可以想象一下

如果是一价阳离子

如果一个氧

一个它只能吸

一个一价阳离子

一个阳离子分子是一价的只能吸一个电子

如果把它变成2价 很显然它只能够吸两个

水 再提高价态它能吸附的就更多

很显然可以看到

这种水合离子的稳定性就取决于

取决于金属离子电荷的价态

它价态有多大

同时还取决于

这里给大家介绍

它还跟半径有关系

综合起来就是阳离子的电荷跟半径

综合起来就相当于极化强度的概念

我们很容易理解就是半径为什么会影响稳定性

如果金属原子金属离子半径越大

它作用的面就越广

而半径越小作用面就越少

如果电荷一样半径不同就是体积不一样

它的作用或者经个水分子之间

吸附电荷的形成的溶剂化层数就不一样

所以会导致粒子的带电性不一样

溶剂化层的厚度肯定也是不一样的

一般来说话都以这样的形式存在就是极化强度

可以看到通过这极化强度是等于

电荷/半径的平方

也就是说水合离子要越稳定

电价越高肯定水合离子越稳定

反过来说半径如果越大

它的溶剂化层应该是越少

它越不稳定

通过这可以知道金属离子水合离子稳定性

既取决于离子电荷又取决于离子的半径