50. Енергетика утворення розчину. Вільна енергія Гіббса, ентропія та ентальпія розчинення. Енергія сольватації.

При розчиненні руйнуються зв’язки між молекулами, атомами та іонами в речовині, яка розчиняється, і у розчиннику, що пов’язано з витратою енергії

(Е). Процес сольватації — процес взаємодії молекул розчинника з частинками розчиненої речовини супроводжується виділенням енергії (ΔН_сольв ). Сумарний енергетичний ефект процесу розчинення являє собою алгебраїчну суму теплоти, яка поглинається та виділяється:

ΔН_розч = –Е + ΔН_сольв

Якщо енергія розриву зв’язків у речовині, що розчиняється, Е більша за енергію, яка виділяється внаслідок сольватації ΔН_сольв , то спостерігається охолодження розчину (ΔН_розч > 0). Якщо ΔН_сольв> Е, то розчин нагрівається (ΔН_розч < 0). Кількість теплоти, яка виділяється або поглинається при розчиненні одного моля речовини за даних умов, називають теплотою розчинення.

Тепловий ефект процесу розчинення складається з теплоти, яка затрачає ться на розривання зв'язків між частинками розчинюваної речовини, та теплоти сольватації:

ΔНрозч=ΔНрозр.зв+ΔНсольв

Ентропію розчинення можна подати як суму ентропії розривання зв'язків між частинками речовини, що розчиняється (ΔSрозв.зв), ентропії сольватації (ΔSсольв) та ентропії дифузії частинок речовини, що розчиняється, в об'ємі розчинника (ΔSдиф):

ΔSрозч=ΔSрозр.зв+ΔSсольв+ΔSдиф

Найчастіше під час розчинення ентальпійний та ентропійний чинники діють один проти одного, розчинення є оборотним процесом.

ΔGрозч показує у якому напрямку процес мимовільно відбуватиметься для розчину, концентрація якого дорівнює 1 моль/л.

51. Вплив температури та тиску на розчинність газів і твердих речовин у рідинах.

При розчиненні твердих речовин значна кількість енергії витрачається на руйнування кристалічної решітки, тому розчинність більшості твердих речовин зростає з підвищенням температури.

Однак існують тверді речовини, розчинність яких практично не змінюється або навіть зменшується з підвищенням температури. Прикладом перших є хлорид натрію, а других — сульфат та гідроксид кальцію. Розчинність твердих речовин залежно від температури прийнято зображати графічно у вигляді кривих розчинності .

Розчинність більшості твердих речовин зменшується із зниженням температури,

тому при охолодженні гарячих насичених розчинів надлишок розчиненої речовини виділяється у вигляді кристалів.

Розчинність газів у рідинах досить різноманітна. На неї в значній мірі впливають температура та тиск. Розчинність газів у воді являє собою екзотермічний процес (ΔН < 0), тому з підвищенням температури розчинність газів зменшується (табл. 12). Так, кип’ятінням води можна видалити з неї гази, які були розчинені.

Розчинення газів в органічних розчинниках часто супроводжується поглинанням теплоти (ΔН > 0), у подібних випадках розчинність газів зростає з підвищенням температури.

Залежність розчинності газів від тиску виражають законом Генрі (1803): маса газу, який розчиняється при сталій температурі в данному об’ємі рідини, прямо пропорційна парціальному тиску газу. Закон Генрі виражають рівнянням:

С = kр,

де С — масова концентрація газу в насиченому розчині; р — парціальний тиск газу; k — коефіцієнт пропорційності, який називається константою (коефіцієнтом) Генрі.

За законом Генрі, об’єм газу, який розчиняється при сталій температурі у даному об’ємі рідини, залежить від його парціального тиску.