Solvatácia je proces obaľovania rozpustených častíc látky molekulami rozpúšťadla. K tomu nachádza na základe interakcií medzi molekulami rozpúšťadla a rozpustenou látkou (iónmi, molekulami alebo koloidmi). Solvatácia je založená hlavne na ión-dipólovej interakcii, prispievajú k nej však i vodíkové väzby, van der Waalsove sily, Londonove disperzné sily a iné efekty. Špeciálnym prípadom, kedy je rozpúšťadlom voda, je hydratácia.

Zmena Gibbsovej voľnej energie solvatácie je zodpovedná za rozpúšťanie iónových zlúčenín a v priebehu elektrolytickej disociácie musí byť vyššia ako mriežková energia kryštálu, ktorá drží ióny pohromade v kryštálovej mriežke.

V prípade solvatácie molekúl kvapaliny musí byť zmena Gibbsovej energie solvatácie molekúl vyššia ako medzimolekulové interakcie kvapaliny v čistej forme (bez vody). V prospech zmiešavania dvoch miešateľných kvapalín hrá aj zmiešavacia entropia, teda nárast miery neusporiadanosti v roztoku v porovnaní s čistou kvapalinou (bez vody).

Solvatačnú energiu (vyjadrenú vo forme molárnej Gibbsovej energie solvatácie i-tého iónu ${\displaystyle \Delta G_{s}(i)}$) je možno považovať za súčet dvoch príspevkov:

• príspevok elektrostatických síl (vyjadrených vo forme molárnej Gibbsovej energie i-tého iónu ${\displaystyle \Delta G_{e}(i)}$)
• príspevok disperzných síl (vyjadrených vo forme molárnej Gibbsovej energie i-tého iónu ${\displaystyle \Delta G_{n}(i)}$)

Celkovú solvatačnú energiu potom možno vyjadriť ako

${\displaystyle \Delta G_{s}(i)=\Delta G_{e}(i)+\Delta G_{n}(i)}$

Jednotlivé príspevky možno vyjadriť roznymi prístupmi. Pre elektrostatické interakcie platí Poissonova rovnica. Pre rôzne aproximácie možno použiť napríklad Bornovu rovnicu alebo Kirkwoodovu-Onsagerovu rovnicu. Pre disperzné sily možno využiť napríklad výraz od H. H. Uhliga.

Počas elektrolytickej disociácie látky dochádza k rozkladu kryštálovej štruktúry a prechodu jednotlivých molekúl látky do rozpúšťadla. Samotný dej rozpadu kryštálovej štruktúry iónovej látky v prostredí rozpúšťadla je endotermický (vyžaduje dodanie tepla), pretože dochádza k štiepeniu iónových väzieb v kryštáli, čo vyžaduje energiu, ale vďaka solvatácii dochádza k vzniku väzieb a interakcií (často iónov), čo je proces exotermický.

Podľa povahy látky dochádza počas solvatácie k vzniku rôznych interakcií. Typicky vznikajú ión-dipólové interakcie, kedy sa rozpúšťadlo (zvyčajne voda) orientuje tak, aby vznikali výhodné elektrostatické interakcie. Takéto interakcie vznikajú pri katiónoch (napríklad alkalických kovov alebo kovov alkalických zemín) i aniónoch. Okrem toho môže dochádzať i k tvorbe dipól-dipólových interakcií (pre polárne nenabité látky). Molekuly rozpúšťadla môžu tvoriť s rozpúšťanou látkou i koordinačné väzby, ako je tomu typicky napríklad u iónov prechodých kovov. V tomto prípade molekuly vody vystupujú ako ligandy.

Podľa názoru niektorých redaktorov by sa mal tento článok presunúť na názov Bornova rovnica#Odvodenie. Ak s tým nesúhlasíte, vyjadrite sa, prosím, v diskusii.

Elektrostatický príspevok k solvatačnej energii popisuje Bornova rovnica publikovaná v roku 1920 Maxom Bornom v článku „Objemy a hydratačné teplá iónov“. Born vo svojej teórii neuvažuje vzájomné interakcie medzi molekulami rozpúšťadla ani interakcie medzi molekulami rozpúšťadla a iónmi, pričom tento predpoklad nezodpovedá fyzikálnej realite v roztokoch elektrolytov, napriek tomu sa Bornova rovnoca bežne používa na výpočet Gibbsovej energie elektrostatického príspevku k molárnej Gibbsovej energie solvatácie i-tého iónu.⁴ Born pokladá rozpúšťadlo za homogénne bezštruktúrne dielektrikum s permitivitou ${\displaystyle \epsilon }$, ióny považuje za tzv. metalizované ióny, čiže za kovové gule s polomerom r, nesúcich elektrický náboj ${\displaystyle z_{i}e_{0}}$.

Na odvodenie Bornovej rovnice pre ${\displaystyle \Delta G_{e}(i)}$ sú potrebné nasledujúce predpoklady:

1. vybitie metalizovaného iónu vo vákuu, s čím je spojená práca
2. prenesenie nenabitého iónu z vákua do rozpúšťadla s permitivitou
3. nabitie iónu v prostredí rozpúšťadla, s čím je spojená práca
4. elektrostatický príspevok k solvatačnej energii je súčet prác na vybitie a spätné nabitie metalizovaného iónu. Tento súčet prác je prenásobený Avogadrovou konštantou, čím dostaneme elektrickú prácu spojenú s prenosom jedného molu iónov z vákua do roztoku.⁵

Bližšie informácie v hlavnom článku: Bornova rovnica

Predpokladajme, že vo vákuu (ktorého permitivita je ${\displaystyle \epsilon _{0}\ =\ 8,854\ \cdot \ 10^{-12}\ F/m}$)⁵ vybijeme ión s nábojom ${\displaystyle z_{i}e_{0}}$, s čím je spojená práca ${\displaystyle w_{1}}$:

${\displaystyle w_{1}\ =\ \int \limits _{z_{i}e_{0}}^{0}\psi _{1}dq}$

kde ${\displaystyle \psi _{1}}$ je elektrostatický potenciál na povrchu metalizovaného iónu a rovná sa:

${\displaystyle \psi _{1}={\frac {q}{4\pi \epsilon _{0}r_{i}}}}$

Dosadením do určitého integrálu dostaneme pre prácu potrebnú na vybitie iónu ${\displaystyle w_{1}}$:

${\displaystyle w_{1}\ =\ \int \limits _{z_{i}e_{0}}^{0}{\frac {q}{4\pi \epsilon _{0}r_{i}}}dq}$

vyňatím konštanty predintegrál dostaneme:

${\displaystyle w_{1}\ =\ {\frac {1}{4\pi \epsilon _{0}r_{i}}}\int \limits _{z_{i}e_{0}}^{0}q\ dq}$

vyriešením integrálu dostaneme

${\displaystyle w_{1}\ =\ {\frac {1}{4\pi \epsilon _{0}r_{i}}}\left{\frac {q^{2}}{2}}\right_{z_{i}e_{0}}^{0}}$

dosadením do hranatej zátvorky:

${\displaystyle w_{1}\ =\ {\frac {1}{4\pi \epsilon _{0}r_{i}}}\left{\frac {0^{2}}{2}}-{\frac {{(z_{i}e_{0})}^{2}}{2}}\right}$

po úprave:

${\displaystyle w_1=-<!--\; -\; -->\frac{{(z_i{e}_0)}^2}{8\mathrm{\pi <!--\; \pi \; -->}{\mathrm{ϵ<!--\; ϵ\; -->}}_0{r}_i}}$Zdroj:
Text je dostupný za podmienok Creative Commons Attribution/Share-Alike License 3.0 Unported; prípadne za ďalších podmienok. Podrobnejšie informácie nájdete na stránke Podmienky použitia.

---