Теплові явища при розчиненні – РОЗЧИНИ

ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина І. ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ

Розділ 5. РОЗЧИНИ. ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРОЛІТИЧНОЇ ДИСОЦІАЦІЇ

§ 5.3. Теплові явища при розчиненні

Розчинення речовин супроводжується тепловим ефектом: виділенням або поглинанням теплоти – залежно від природи речовини. Під час розчинення у воді, наприклад, гідроксиду калію, сульфатної кислоти спостерігається сильне розігрівання розчину, тобто виділення теплоти, а при розчиненні нітрату амонію – сильне охолодження розчину, тобто поглинання теплоти.

У першому випадку здійснюється екзотермічний процес (∆Н < 0), у другому – ендотермічний (∆Н > 0). Теплота розчинення ∆Н – це кількість теплоти, що виділяється або поглинається під час розчинення 1 моль речовини. Так, для гідроксиду калію ∆Н° = -55,65 кДж/моль, а для нітрату амонію ∆Н= +26,48 кДж/моль.

Внаслідок хімічної взаємодії розчиненої речовини з розчинником утворюються сполуки, які називаються сольватами (або гідратами, якщо – розчинником є вода). Утворення таких сполук споріднює

розчини з хімічними сполуками.

Великий російський хімік Д. І. Менделєєв створив хімічну теорію розчинів, яку він обгрунтував численними експериментальними даними, викладеними в його праці “Дослідження водних розчинів за їх питомою вагою”, опублікованій в 1887 р. “Розчини суть хімічні сполуки, що визначаються силами, які діють між розчинником і розчиненою речовиною”, – писав він. Тепер відома природа цих сил. Сольвати (гідрати) утворюються за рахунок донорно-акцепторної, іон-дипольної взаємодії, за рахунок водневих зв’язків, а також дисперсної взаємодії (у випадку розчинів споріднених речовин, наприклад бензолу й толуолу). Особливо схильні до гідратації (сполучення з водою) іони. Іони приєднують полярні молекули води, в результаті утворюються гідратовані іони (див. § 5.4); тому, наприклад, у розчині іон купруму(ІІ) голубий, а в безводному сульфаті купруму він безбарвний. Багато з таких сполук неміцні й легко розкладаються при виділенні їх у вільному стані, однак у ряді випадків утворюються міцні сполуки, які можна легко виділити з розчину кристалізацією. При цьому випадають кристали, що містять молекули води.

Кристалічні речовини, які містять молекули води, називаються кристалогідратами, а вода, що входить до складу кристалогідратів, називається кристалізаційною. Кристалогідратами є багато природних мінералів. Ряд речовин (у тому числі й органічні) добуваються в чистому вигляді тільки у формі кристалогідратів. Д. І. Менделєєв довів існування гідратів сульфатної кислоти, а також ряду інших речовин.

Отже, розчинення – не тільки фізичний, а й хімічний процес. Розчини утворюються шляхом взаємодії частинок розчиненої речовини з частинками розчинника. Учень Д. І. Менделєєва Д. П. Коновалов завжди підкреслював, що між хімічними сполуками і розчинами немає меж.

Рідкі розчини займають проміжне положення між хімічними сполуками сталого складу й механічними сумішами. Як і хімічні сполуки, вони однорідні й характеризуються тепловими явищами, а також концентрацією, що часто спостерігається – зменшенням об’єму при змішуванні рідин. З другого боку, на відміну від хімічних сполук розчини не підлягають закону сталості складу. їх, як і суміші, можна легко розділити на складові частини. Процес розчинення – це фізико-хімічний процес, а розчини – фізико-хімічні системи.

Велику увагу вивченню розчинів приділяв М. В. Ломоносов. Він провів дослідження із встановлення залежності розчинності речовин від температури, вивчав явища виділення й поглинання теплоти під час розчинення і відкрив охолоджувальні суміші. М. В. Ломоносов уперше встановив, що розчини замерзають (кристалізуються) при нижчій температурі, ніж розчинник. Він також дав молекулярно-кінетичне пояснення розчиненню, близьке до сучасного, вважаючи, що частинки речовини, що розчинилися, рівномірно розподіляються серед частинок розчинника.

1 У хімічних формулах гідратів і кристалогідратів формулу води пишуть окремо (через крапку), наприклад H2SO4 ∙ Н2О, H2SO4 2Н2О, H2SO4 ∙ 4Н2О, Н2С2О4 ∙ 2Н2O, N2SO4 ∙ 10Н2О, Al2 (S04)3 18Н2О тощо.

Близько 40 років наукової роботи присвятив вивченню розчинів Д. І. Менделєєв. Його хімічна теорія розчинів виявилася винятково плідною. На її основі утворились нові наукові дисципліни – такі, як фізико-хімічний аналіз, хімія комплексних сполук, електрохімія неводних розчинів. Нині ця теорія загальновизнана.

Значний внесок у розвиток хімічної теорії розчинів зробили відомі російські вчені Д. П. Коновалов, 1.0. Каблуков, М. С. Курнаков.




Теплові явища при розчиненні – РОЗЧИНИ