Термодинамика растворения. Сольватация

Раствор, находящийся в равновесии с растворяющимся веществом, называется насыщенным раствором. Ненасыщенный раствор содержит меньше, а пересыщенный – больше вещества, чем насыщенный.

Содержание вещества в насыщенном растворе при Т=const количественно характеризует растворимость вещества.

Кристаллы растворяются в жидкостях с поглощением тепла, однако при растворении некоторых веществ, как СаСl₂, К₂СО₃ происходит увеличение температуры раствора. При растворении, например, NaNO₃ – температура раствора существенно снижается.

Количество тепла, которое поглощается или выделяется при растворении одного моль вещества, называется теплотой растворения.

Если при растворении тепло поглощается, то теплота растворения имеет отрицательное значение и положительное, если выделяется.

Растворение кристаллических веществ состоит из 2-х этапов.

При растворении кристаллов происходит их разрушение, что требует затрат энергии, поэтому при растворении должно поглощаться тепло.

Выделение тепла показывает, что наряду с растворением происходит взаимодействие между растворителем и растворенным веществом, при котором в виде тепла выделяется больше энергии, чем её расходуется на разрушение кристаллической решетки.

При растворении кристаллического вещества в воде происходит сближение его частиц с диполями воды, потенциальная энергия в системе уменьшается, выделяется тепло. Растворение сопровождается сжатием (контракцией) в результате уплотнения молекул растворителя вокруг частицы растворяемого вещества, т.е. объем раствора уменьшается. Частицы химически связываются с молекулами растворителя, образуя соединение, которое называется сольватом.

Совокупность молекул растворителя, окружающих частицу, называется сольватной оболочкой. Взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества называется сольватацией.

Если растворителем является вода, то сольватация называется гидратацией, а сольватную оболочку называют гидратной.

Гидратная вода прочно связывается с молекулами растворенного вещества, при кристаллизации входит в состав твердой фазы. Эту воду называют кристаллизационной, а сами вещества – кристаллогидратами.

Химическое взаимодействие зависит от природы растворяемого вещества.

Если растворяется молекулярный кристалл, то взаимодействие диполь-дипольное. Если растворяется ионный кристалл, то имеет место электростатическое притяжение.

При растворении вещества общий тепловой эффект растворения складывается из теплового эффекта разрушения и теплового эффекта сольватации. Поскольку первый из этих процессов эндотермичен, а второй – экзотермичен, то общий тепловой эффект процесса растворения может быть как положительным, так и отрицательным.

DН_раств.= DН_{разруш.} + DН_сольв.

Дата добавления: 2013-12-12