
- •212030, Г. Могилев, пр. Мира, 43
- •1 Растворы
- •1.1 Способы выражения состава растворов
- •1.2 Примеры решения задач
- •1.3 Изменение энтальпии и энтропии системы при растворении
- •1.4 Растворимость. Насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы
- •2 Свойства растворов неэлектролитов
- •2.1 Понижение давления пара. Первый закон Рауля
- •2.2 Повышение температуры кипения, понижение температуры замерзания растворов. Второй закон Рауля
- •2.3 Осмос
- •2.4 Примеры решения задач
- •3 Дисперсные системы
- •3.1 Методы получения дисперсных систем
- •3.2 Классификации дисперсных систем
- •3.3 Устойчивость дисперсных систем
- •3.4 Коллоидные растворы
- •В истинных растворах не происходит рассеивания света. Частицы в грубодисперсных системах отражают свет, их величину и форму часто можно установить без оптического увеличения.
- •3.5 Гели
- •Список литературы
1.3 Изменение энтальпии и энтропии системы при растворении
Движущей силой образования растворов является уменьшение энергии Гиббса системы:
ΔG = ΔH – T ·ΔS < 0, (1)
то есть при растворении изменяются энтропийный и энтальпийный факторы (здесь и далее предполагается, что растворение протекает в изобарно-изотермических условиях).
Растворение рассматривается как совокупность физических и химических процессов, включающих три основные стадии:
- разрушение вещества до уровня молекул или ионов. Этот процесс является эндотермическим (ΔH1 > 0), так как требует затраты энергии на разрыв всех видов химического взаимодействия между частицами в растворяемом веществе;
- взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества с образованием новых соединений, называемых сольватами (или гидратами, если растворителем является вода); этот процесс называется сольватацией (гидратацией). Поскольку протекает взаимодействие, то энергия системы понижается, то есть сольватация (гидратация) является экзотермическим процессом и протекает с выделением энергии (ΔH2 < 0). Предположение о существовании в водных растворах гидратов высказано и обосновано Д. И. Менделеевым, который считал, что растворение не только физический, но и химический процесс, что вещества, растворяющиеся в воде, образуют с ней соединения. Об этом свидетельствует изучение тепловых эффектов при растворении. Подтверждением протекания химических процессов при растворении является также то, что многие вещества, выделяются из водных растворов в виде кристаллов, содержащих кристаллизационную воду, так называемых кристаллогидратов: CuSO4.5H2O (медный купорос), Na2SO4.10H2O (сода) и др;
- самопроизвольное перемешивание раствора и равномерное распределение сольватов (гидратов) в растворителе. связанное с диффузией и требующее затраты энергии (ΔH3 > 0).
Суммарный тепловой эффект процесса растворения определяется знаком суммы всех тепловых эффектов процессов, сопровождающих растворение:
ΔH = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3
и может быть положительным (эндотермическое растворение) и отрицательным (экзотермическое растворение). Если в воде растворяются газы или жидкости, то энергия ΔH1, затрачиваемая на разрыв межмолекулярных связей, невелика и процесс растворения часто сопровождается выделением теплоты (ΔH < 0). Если растворяется кристаллическое вещество, разрушение кристаллической решетки требует значительной затраты энергии. Поэтому растворение твердых веществ в воде часто происходит с поглощением теплоты (ΔH > 0) и является эндотермическим процессом.
При растворении газов в жидкости энтропия всегда уменьшается (ΔS < 0), а растворение кристаллического вещества сопровождается возрастанием энтропии (ΔS > 0), вследствие разупорядочивания системы.
Чем сильнее взаимодействие растворенного вещества и растворителя, тем больше роль энтальпийного фактора в образовании растворов. При этом независимо от знака энтальпии при растворении всегда ΔG < 0.
Для жидких растворов процесс растворения идет самопроизвольно (ΔG < 0) до установления динамического равновесия между раствором и растворяемым веществом.
Растворение газов в воде идет с выделением теплоты (ΔH < 0) и убылью энтропии (ΔS < 0). Согласно уравнению (1) самопроизвольному растворению газов в воде способствуют низкие температуры. Чем выше температура, тем более вероятно, что величина T·ΔS достигнет значения ΔH, а равенство ΔH= T·ΔS отвечает равновесию процесса растворения (ΔG = 0).
Растворение кристаллических веществ часто идет с поглощением теплоты (ΔH > 0) и обычно сопровождается ростом энтропии(ΔS > 0). Согласно уравнению (1) самопроизвольному растворению кристаллических веществ в воде способствуют высокие температуры. При низких температурах возможно, что величина T·ΔS достигнет значения ΔH, а равенство ΔH= T·ΔS отвечает равновесию процесса растворения (ΔG = 0).