Учебное пособие для студентов 1 курса направления 020100-Химия

Теплота растворения ∆H_раств – это количество теплоты, которое выделяется или поглощается при растворении 1 моль вещества. Так, например, при стандартных условиях для гидроксида калия ∆Н^о_раств = – 55,65 кДж/моль, а для нитрата аммония ∆Н^о_раств = +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, ∆Н_ориен ≤ 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, ∆Н_гидр< 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, ∆Н_отрыва > 0.
4 стадия. Диффузия гидратированных ионов по всему объему раствора, ∆Н_дифф ≈ 0.
Если энергия разрушения кристаллической решетки меньше энергии гидратации растворённого вещества, то растворение идёт с выделением теплоты. Если энергия разрушения кристаллической решётки больше энергии гидратации, то растворение протекает с поглощением теплоты.
В случае идеальных растворов тепловые и объемные эффекты отсутствуют: т.е. ∆Н_раств= 0, ∆V = 0, химические связи не образуется, но энтропия – увеличивается.
Процесс взаимодействия растворителя и растворённого 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.