Растворимость

Энергетика процесса растворения

Количество теплоты, которое выделяется или поглощается при растворении 1 моль вещества, называется энтальпией растворения. Энтальпия растворения твердого вещества складывается из энтальпии разрушения кристаллической решетки растворяемого вещества (эндотермический процесс) и энтальпии гидратации (экзотермический процесс).

∆Н_{растворения} = ∆Н_{разруш.} + ∆Н_{гидрат.}

Если ∆Н_разруш > ∆Н_гидрат, то ∆Н_{растворения} > 0.

Если ∆Н_гидрат > ∆Н_разруш, то ∆Н_{растворения} < 0.

∆G_{растворения} = ∆Н_{растворения} − T∆S_{растворения}

При растворении твердых веществ в воде ∆Н_{растворения} может быть > 0 и < 0. ∆S_{растворения} всегда > 0. При растворении твердых веществ в воде определяющую роль играет энтропийный фактор, поэтому независимо от знака ∆Н_расв.,

∆G_{растворения} всегда < 0, и процесс растворения твердых веществ в воде протекает самопроизвольно.

При растворении газов в воде ∆Н_{растворения} < 0, ∆S_{растворения} < 0. В данном случае определяющую роль играет энтальпийный фактор, поэтому независимо от знака ∆S_раств, ∆G_раств. < 0, и растворение газа в жидкости идет самопроизвольно.

Процесс растворения обратимый. Наряду с ним идет выделение растворенного вещества из раствора. Когда скорости этих процессов сравняются, растворение прекратится и раствор станет насыщенным. Раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется, называется насыщенным. Для него ∆G = 0. Если концентрация раствора меньше той, которая требуется для насыщения, раствор называется ненасыщенным. Для ненасыщенного раствора ∆G< 0. Если концентрация раствора больше той, которая требуется для насыщения, раствор называется пересыщенным. Для пересыщенного раствора ∆G > 0.

Способность одного вещества растворяться в другом называется растворимостью. Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости, который выражается массой безводного вещества, растворяющегося при данных условиях в 100 г растворителя с образованием насыщенного раствора. Растворимость газа определяется объемом газа, растворяющегося при постоянной температуре в одном объеме растворителя с образованием насыщенного раствора.

Растворимость зависит от природы растворяемого вещества и растворителя, температуры и давления (для газов).

1. Природа растворяемого вещества.

Кристаллические вещества подразделяются на:

P – хорошо растворимые (более 1,0 г на 100 г воды);

M – малорастворимые (0,1 г - 1,0 г на 100 г воды);

Н – практически нерастворимые (менее 0,1 г на 100 г воды).

Если газ химически взаимодействуют с водой, его растворимость велика (HCl, NH₃, CO₂, SO₂), если не взаимодействует – растворимость незначительна (O₂, H₂).

2. Природа растворителя

При образовании раствора связи между частицами каждого из компонентов заменяются связями между частицами разных компонентов. Чтобы новые связи могли образоваться, компоненты раствора должны иметь однотипные связи, т.е. быть одной природы. Поэтому ионные вещества хорошо растворяются в полярных растворителях и плохо в неполярных, а молекулярные вещества – наоборот.

3. Температура

Применим принцип Ле Шателье к обратимой системе

Кристалл + вода ↔ насыщенный раствор, ∆Н_раств

Если ∆Н_{растворения} < 0, то при увеличении температуры равновесие смещается влево и растворимость твердого вещества в воде уменьшается. Если ∆Н_раств > 0, то при увеличении температуры равновесие смещается вправо и растворимость увеличивается.

Растворимость газов в воде – процесс экзотермический, поэтому с повышением температуры растворимость газов уменьшается, а с понижением - увеличивается.

4. Давление

С повышением давления растворимость газов в жидкостях увеличивается, а с понижением уменьшается.

Дата добавления: 2013-12-12