Лабораторный практикум Лабораторная работа № 1 Определение интегральной теплоты растворения соли

Цель работы - определение теплового эффекта процессов растворения соли и гидратообразования.

Теоретическая часть

Процессы образования растворов путем смешения жидкостей или растворения в жидкостях твердых веществ или газов сопровождаются определенными тепловыми эффектами.

Теплоту, отнесенную к 1 моль растворяемого вещества, называют молярной теплотой растворения.

Она зависит:

• от относительных количеств смешиваемых компонентов,

• от того, были ли они вначале взяты в чистом виде или один из них вводился в раствор с уже имеющейся некоторой начальной концентрацией.

Если растворяют 1 моль вещества в таком количестве чистого растворителя, чтобы получился раствор заданной концентрации, то наблюдаемый при этом тепловой эффект называют молярной интегральной теплотой растворения.

Если растворяют 1 моль вещества в очень большом количестве раствора данного состава, настолько большом, что состав его практически не изменяется, то наблюдаемый в этом случае тепловой эффект называют молярной дифференциальной теплотой растворения.

В общем случае интегральная и дифференциальная теплоты могут сильно отличаться по величине, а в концентрированных растворах даже и по знаку. Напротив, в разбавленных растворах значения этих эффектов практически совпадают.

Тепловой эффект растворения жидкости в жидкости обуславливается взаимодействием частиц растворяемого вещества с молекулами растворителя, т.е. процессом сольвации.

В термодинамическом обозначении знак этого теплового эффекта будет отрицательным - тепло выделяется (Н<0), поэтому

Н_{растворения жидкости} = Н_{сольвации.} (1) .

Тепловой эффект растворения твердого вещества в жидкости учитывает две составляющие:

• теплоту разрушения кристаллической решетки, которую можно принять, в первом приближении, равной теплоте плавления,

• теплоту сольвации.

Таким образом, согласно закону Гесса

Н_{растворения} = Н_{плавления} + Н_{сольвации} (2) .

В данном случае суммарный тепловой эффект может быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от соотношения абсолютных величин Н_{плавления}, которая больше нуля и Н_{сольвации,} которая меньше нуля. Последнее обстоятельство позволяет по знаку теплоты растворения твердого вещества делать качественные заключения относительно прочности его кристаллической решетки:

а) если  Н_{плавления} >  Н_{сольвации}, то положительный знак суммарного эффекта растворения (тепло поглощается) свидетельствует о прочных связях в кристаллической решетке;

б) если  Н_{плавления} <  Н_{сольвации} (отрицательная теплота растворения – тепло выделяется), тогда можно говорить о слабой кристаллической решетке;

в) если  Н_{плавления} =  Н_{сольвации}, то  Н_{растворения} = 0 (при растворении тепло не выделяется и не поглощается).

Тепловой эффект растворения газа в жидкости также может быть представлен в виде суммы двух слагаемых:

Н_{растворения} = Н_{конденсации}+ Н_{сольвации} (3) .

Поскольку Н_{конденсации} < 0 (тепло выделяется), то суммирование дает довольно большие отрицательные величины. Однако следует отметить, что если при растворении газа меняется молекулярное состояние, например, происходит диссоциация молекул, то необходимо учитывать и тепловой эффект соответствующего процесса.

Во всех рассмотренных случаях, если растворителем является вода, следует говорить не о сольвации, а о гидратации и соответственно о Н_{гидротации}.

Экспериментальные данные по теплоте растворения безводных кристаллических веществ и соответствующих им кристаллогидратов можно использовать для определения теплоты, выделяющейся при присоединении к безводной соли кристаллизационной воды. Тепловой эффект образования кристаллогидратов:

Н_кр.= Н_р.б.с+ Н_р.к (4),

где Н_кр –теплота образования кристаллогидрата;

Н_р.б.с  теплота растворения безводной соли;

Н_р.к –теплота растворения кристаллогидрата.