2. Важнейшие физико-химические характеристики и классификация неводных растворителей

Сказанного выше достаточно, чтобы стало очевидным: для успешного проведения того или иного процесса в жидкой фазе ключевым моментом является выбор растворителя. В свою очередь, чтобы такой выбор был осознанным и рациональным, необходимо располагать той или иной классификацией растворителей.

В настоящее время существует целый ряд классификаций растворителей, причем для самых различных целей и, соответственно, по различным признакам.

Ниже попытаемся дать классификацию простую, но достаточно удобную для трактовки, прежде всего, ионных процессов. Химическое строение молекул растворителей предопределяет их физические свойства, кратко перечисленные ниже.

Важнейшим свойством молекул является их дипольный момент молекул, , выражаемый в кулонах на метр. Очень распространенной единицей является также дебай ( Дб); 1 Дб = 3.33564 10^–30 Кл м. Величина μ характеризует микросвойство, а относительная диэлектрическая проницаемость, , является макросвойством (нижний индекс r обозначает слово relative, то есть относительная). Значение показывает, во сколько раз сила (и энергия) взаимодействия двух точечных зарядов в данной среде уменьшается по абсолютной величине по сравнению с взаимодействием в вакууме. Формула для энергии взаимодействия двух зарядов и на расстоянии дана ниже:

Здесь – диэлектрическая постоянная вакуума. Ион-дипольные и диполь-дипольные взаимодействия в жидких средах также ослабляются по сравнению со взаимодействиями в вакууме.

Обычно значения и симбатны, но для легкоплавких солей типа NR₄⁺A^– значение может быть очень высоким и составлять около 15 Дб, а значение – довольно низким (  4-6). Причиной этого может служить особенность взаимной ориентации диполей в жидкости.

Значение вязкости играет особую роль в химической кинетике, определяет подвижность ионов и, следовательно, электропроводимость растворов электролитов и имеет большое значение для фотофизических процессов (в частности, в высоковязкой среде увеличивается квантовый выход и время жизни флуоресценции). ³

Динамическая вязкость, , может рассматриваться как коэффициент пропорциональности между силой внутреннего трения слоев жидкости и модулем градиента скорости в направлении, перпендикулярном направлению движения слоев в уравнении Ньютона для идеально вязких жидкостей:

Здесь s – площадь соприкосновения слоев жидкости. Динамическая вязкость выражается в Па·с, или в паузах (по имени ученого Пуазейля): 1 пз = 0.1 Па·с.

Температуры замерзания и кипения растворителей показывают, в каком температурном диапазоне мы имеем дело с жидким состоянием данных веществ.

Рассмотрим вначале некоторые физические характеристики нескольких неорганических растворителей, некоторые из которых обладают явно или даже очень сильно выраженными кислыми или основными свойствами.

Т а б л и ц а 1.

Физические характеристики неорганических растворителей

Растворитель	Tплавл., К	Tкип., К	, Дб		103, Па с
Вода	273.15	373.15	1.834	78.3	0.894
Диоксид серы	197.64	238.08	1.62	15.1	0.312
Цианистый водород	259.9	298.85	2.96	106.8	0.183
Аммиак	195.45	239.77	1.45	16.9	0.135
Гидразин	275.15	386.65	1.85	58.5	0.905
Серная кислота	283.52	603	—	100.5	24.54
Фтороводород				83.6 *

^* При 0 ^оС

температуры – при давлении 1.01325 10⁵ Па, прочие характеристики – при t = 25.0 ^o C

t = T – 273.15

Перейдем теперь к рассмотрению органических растворителей. Начнем со спиртов, которые можно рассматривать как продукт замещения атома водорода в молекуле воды на углеводородный радикал.

В таблице 2 представлены некоторые физические свойства пяти одноатомных спиртов с неразветвленной углеводородной цепочкой, а также трет-бутанола и двух многоатомных спиртов.

Как видно из этих данных, вязкость жидких спиртов нарастает параллельно с величиной углеводородного радикала, а особенно вязкими являются этиленгликоль и глицерин (вязкость последнего в тысячу раз выше, чем у воды).

О значениях T_плавл., T_кип и плотности сказать в тексте

Т а б л и ц а 2.