Γιατί οι ανόργανες χρωστικές είναι αδιάλυτες στο νερό

Οι ανόργανες χρωστικές είναι δύσκολο να διαλυθούν στο νερό, κυρίως λόγω της χημικής τους σύνθεσης, της μοριακής δομής και των φυσικών ιδιοτήτων. Οι συγκεκριμένοι λόγοι μπορούν να αναλυθούν από τις ακόλουθες πτυχές:

1 、 Σταθερότητα των χημικών δεσμών και της κρυσταλλικής δομής
Ενίσχυση του ρόλου των κλειδιά μάθησης
Οι ανόργανοι χρωστικές όπως το μπλε του κοβαλτίου και το μαύρο χρωμίου είναι κυρίως μεταλλικά οξείδια ή χρωστικές μεικτών οξειδίων μετάλλων, μεταλλικά σουλφίδια, μεταλλικά άλατα κλπ. Τα εσωτερικά τους άτομα συνδέονται σφιχτά μέσω ιοντικών ή ομοιοπολικών δεσμών, με εξαιρετικά υψηλές ενέργειες δεσμών, συνήθως στις εκατοντάδες KJ/ΜΟΡ.

Σφιχτή κρυστάλλινη συσκευασία
Η κρυσταλλική δομή των ανόργανων χρωστικών συνήθως έχει μια πολύ διατεταγμένη ατομική διάταξη και ισχυρές διαμοριακές δυνάμεις (ενέργεια πλέγματος).

Η διείσδυση των μορίων νερού απαιτεί την υπέρβαση της τεράστιας ενέργειας του πλέγματος και της ενέργειας διαλυτοποίησης του νερού (Η ενέργεια που απελευθερώνεται με ενυδάτωση) είναι ανεπαρκές για να αντισταθμιστεί αυτή η ενέργεια, καθιστώντας δύσκολη την εμφάνιση της διαδικασίας διάλυσης.

2 、 Αντιστοίχιση πολικότητας και η αρχή της "παρόμοιας συμβατότητας"
Διαφορά πολικότητας
Το νερό είναι ένας έντονα πολικός διαλύτης, ενώ η πολικότητα των ανόργανων χρωστικών είναι πολύπλοκη

Αν και μερικές ανόργανες χρωστικές περιέχουν πολικούς δεσμούς, η συνολική τους κρυσταλλική δομή τους είναι μη-πολικό ή ασθενώς πολικό (Λόγω της συμμετρικής ακύρωσης θετικών και αρνητικών κέντρων φορτίου), που δεν ταιριάζει με την ισχυρή πολικότητα του νερού. Η δύναμη διαμοριακής αλληλεπίδρασης είναι πολύ μικρότερη από τη δέσμευση υδρογόνου μεταξύ των μορίων του νερού, καθιστώντας δύσκολη την «περιτριγυρισμένη» και διαλύεται από το νερό.

Ακόμη και αν περιέχει πολικές ομάδες, σταθεροποιείται με ενισχυμένους χημικούς δεσμούς στον κρύσταλλο και δεν μπορεί να σχηματίσει ελεύθερα ενυδατωμένα ιόντα με νερό.

Το αντίθετο παράδειγμα της «ομοιότητας διαλύεται»

Οι πολικές ομάδες ανόργανων χρωστικών είναι κλειδωμένες σε άκαμπτους κρυστάλλους και δεν μπορούν να αλληλεπιδρούν αποτελεσματικά με το νερό, με αποτέλεσμα το φαινόμενο της «ομοιότητας πολικότητας, αλλά της αδυναμίας» (ουσιαστικά λόγω της σύνδεσης της κρυσταλλικής δομής).

3 、 Σχεδιασμός επιλογής διαλυτότητας και απαιτήσεων εφαρμογής
Η εξαιρετικά χαμηλή διαλυτότητα είναι ένα απαραίτητο χαρακτηριστικό των χρωστικών ουσιών
Η βασική λειτουργία των χρωστικών είναι η παροχή χρώματος και είναι αδιάλυτη στο μέσο. Εάν διαλυθεί στο νερό, μπορεί να προκαλέσει εξασθένιση και μετανάστευση. Επομένως, οι ανόργανες χρωστικές εξετάζονται ως ενώσεις με εξαιρετικά χαμηλή διαλυτότητα (Συνήθως KSP<10 ⁻¹⁰) during synthesis, such as:

Η διαλυτότητα του TIO ₂ είναι μόνο περίπου 0,1 mg/μεγάλο (25 ℃, ουδέτερο νερό), και το Fe ₂ O3 είναι σχεδόν αδιάλυτο.

Διασπορά έναντι διάλυσης
Οι ανόργανες χρωστικές σχηματίζουν σταθερές αναστολές σε υδατικά συστήματα μέσω διασποράς (βασιζόμενη σε επιφανειοδραστικές ουσίες, λείανση και άλλες διαδικασίες) αντί της διάλυσης. Η αδυναμία του εξασφαλίζει την επιμονή του χρώματος και τη σταθερότητα του συστήματος, η οποία είναι εντελώς διαφορετική από τον μηχανισμό των βαφών (που πρέπει να διαλυθούν πριν από το χρωματισμό).

4 、 Εξαιρέσεις και ειδικές συνθήκες
Διάλυση υπό ισχυρό οξύ/Αλκαλικές συνθήκες: Ορισμένες ανόργανοι χρωστικές μπορεί να αντιδράσουν σε ισχυρό οξύ/αλκαλικά για να σχηματίσουν διαλυτά άλατα, αλλά παραμένουν σταθερά σε ουδέτερο νερό.

Ψευδο -διάλυση των χρωστικών νανοκλίμακας: Τα εξαιρετικά λεπτά ανόργανα σωματίδια μπορεί να σχηματίσουν κολλοειδή διασπορά λόγω επιφανειακών ενεργειακών επιδράσεων, που φαίνεται να "διαλύονται", αλλά στην πραγματικότητα αναστέλλονται ως αδιάλυτα μικροσκοπικά σωματίδια.

Ο βασικός λόγος για τον οποίο οι ανόργανες χρωστικές είναι αδιάλυτες στο νερό είναι ότι οι ισχυροί χημικοί τους δεσμοί, στενή κρυσταλλική δομή και αναντιστοιχία πολικότητας με νερό ικανοποιούν τέλεια τις ανάγκες τους ως χρωστικές ουσίες - Με τη διασπορά και όχι τη διάλυση, μπορούν να παρουσιάσουν σταθερά χρώματα στο μέσο, ​​αποφεύγοντας την αποτυχία ή τη μετανάστευση. Αυτό το χαρακτηριστικό το καθιστά ευρέως χρησιμοποιούμενο σε τομείς όπως επικαλύψεις, μελάνια, πλαστικά κλπ., Καθιστώντας ένα απαραίτητο υλικό στη βιομηχανία και την τέχνη.