Тепловые эффекты при растворении. Механизмы растворения веществ в воде - Растворы

Растворение веществ сопровождается различными тепловыми эффектами в зависимости от природы вещества. При растворении в воде, например, гидроксида калия или серной кислоты наблюдается сильное разогревание раствора (теплота выделяется), а при растворении нитрата аммония происходит сильное охлаждение раствора (теплота поглощается). В первом случае протекает Экзотермический процесс (?Н < 0), во втором - Эндотермический Процесс (?H > 0).

Теплота растворения ?HРастВ - это количество теплоты, которое выделяется или поглощается при растворении 1 моль вещества. Так, например, при стандартных условиях для гидроксида калия ?НОРаств = - 55,65 кДж/моль, а для нитрата аммония ?НОРаств = +26,48 кДж/моль.

Теплота растворения - алгебраическая сумма тепловых эффектов всех эндо - и экзотермических стадий процесса.

Рассмотрим механизм растворения хлорида натрия, вещества с ионной кристаллической решеткой (рис.2).

    1 Стадия. Молекулы воды являются диполями, поэтому за счет электростатического притяжения Ориентируются Соответствующими полюсами на положительно и отрицательно заряженные ионы натрия и хлора, находящиеся на поверхности кристалла, ?НОриен ? 0. 2 Стадия. Между молекулами воды и ионами натрия и хлора образуются химические связи за счет Ион-дипольного взаимодействия, Поэтому этот процесс сопровождается выделением энергии, ?НГидр< 0. 3 Стадия. Возникновение таких связей и выделение энергии приводит к тому, что связи в кристаллической решетке ослабевают, и ионы в гидратированном виде уходят в раствор, покидая поверхность кристалла. Процесс отрыва ионов от кристалла - эндотермический, ?НОтрыва > 0. 4 Стадия. Диффузия гидратированных ионов по всему объему раствора, ?НДифф ? 0.

Если энергия разрушения кристаллической решетки меньше энергии гидратации растворенного вещества, то растворение идет с выделением теплоты. Если энергия разрушения кристаллической решетки больше энергии гидратации, то растворение протекает с поглощением теплоты.

В случае Идеальных растворов Тепловые и объемные эффекты отсутствуют: т. е. ?НРаств= 0, ?V = 0, химические связи не образуется, но энтропия - увеличивается.

Процесс взаимодействия растворителя и растворенного вещества, как говорилось ранее, называется Сольватацией, а если растворителем является вода - Гидратацией. В результате химического взаимодействия растворенного вещества с растворителем образуются соединения, которые называют Сольватами (или Гидратами, если растворителем является вода). Образование таких соединений роднит растворы с химическими соединениями.

Сольваты (гидраты) образуются за счет донорно-акцепторного, ион-дипольного взаимодействия, за счет водородных связей, а также дисперсионного взаимодействия (при растворении родственных веществ, например бензола и толуола).

Особенно склонны к гидратации, т. е. соединению с молекулами воды, ионы. Ионы присоединяют полярные молекулы воды, в результате образуются гидратированные ионы. Поэтому, например, в растворе ион меди (II) голубой, в безводном сульфате меди он бесцветный. Многие сольваты (гидраты) непрочны и легко разлагаются при выделении их в свободном виде, однако в ряде случаев образуются прочные соединения, которые можно легко выделить из раствора кристаллизацией. При этом выпадают кристаллы, которые содержат молекулы воды.

Кристаллические вещества, содержащие молекулы воды, называются Кристаллогидратами, а вода, входящая в состав кристаллогидратов, называется Кристаллизационной. Кристаллогидратами являются многие природные минералы. Ряд веществ (в том числе и органических) получаются в чистом виде только в форме кристаллогидратов.

Похожие статьи




Тепловые эффекты при растворении. Механизмы растворения веществ в воде - Растворы

Предыдущая | Следующая