3) Равномерное распределение сольватов (гидратов) в растворителе. Является следствием диффузии и требует затраты энергии.

Суммарный тепловой эффект процесса растворения определяется суммой всех тепловых эффектов процессов протекающих при растворении.

4 Растворимость

Это способность вещества растворяться в растворителе. Количественно растворимость характеризуется концентрацией насыщенного раствора. Насыщенным является раствор в котором растворенное вещество находящийся в равновесии с раствором. Растворы с меньшей концентрацией, чем в насыщенном, называются ненасыщенными, с большей – пересыщенными.

Растворимость веществ зависит от природы растворенного вещества и растворителя, а также от внешних условий (давления, температуры и т. д.). Существуют неограниченно растворимые друг в друге вещества (вода-ацетон, вода-этанол и др.), ограниченно растворимые (вода-бутанол и др.) и нерастворимые (вода-керосин и др.). На растворимость также оказывает влияние природа растворителя. Обычно вещества с ионным и высокополярными связями лучше растворяются в полярных растворителях (вода, спирт, жидкий аммиак и др.), а вещества с неполярными или слабополярными связями – в неполярных растворителях (бензол, сероуглерод и др.). Это подтверждает известное правило: «подобное растворяется в подобном».

4.1 Растворимость газов в жидкостях. Закон Генри

Влияние давления на растворимость газов в жидкостях выражается законом Генри:

С = k · p,

где C- концентрация газа в насыщенном растворе,

k- коэффициент пропорциональности (константа Генри),

p- парциальное давление.

Из закона Генри следует, что при постоянной температуре масса газа, растворенного в жидкости, прямо пропорциональна давлению газа.

При увеличении температуры растворимость газов в жидкостях уменьшается. Если процесс растворения сопровождается поглощением теплоты, то с ростом температуры растворимость газа увеличивается.

Растворимость газов в жидкостях сильно возрастает, если процесс растворения сопровождается химическим взаимодействием растворенного вещества и растворителя.

Пример – NН₃ + Н₂О = NН₄ОН.

В одном объеме жидкой воды может раствориться до 700 объемов газообразного аммиака.

4.2 Растворимость твердых веществ в воде

Основные классы неорганических соединений (кислоты, основания и соли), благодаря содержанию ионных и высокополярных химических связей, в большинстве случаев хорошо растворимы в воде. Растворимость веществ на качественном уровне можно получить из таблиц растворимости. В случае малорастворимых веществ для количественной оценки растворимости можно использовать соответствующие значения произведений растворимости (ПР).

Рассмотрим влияние давления и температуры на растворимость. Изменение давления практически не влияет на растворимость, так как при растворении твердых веществ в воде объем системы изменяется незначительно.

Влияние температуры на растворимость некоторых соединений приведено на рисунке 2.

Из приведенной графической зависимости следует, что растворимость большинства твердых веществ с повышением температуры резко возрастает. Это является следствием того, что растворимость большинства твердых веществ протекает с поглощением тепла. Следует отметить, что для широко используемого в пищевой промышленности хлорида натрия растворимость незначительно возрастанием с повышением температуры, на что указывает почти горизонтальная кривая растворимости данной соли.

Если растворимость вещества (Са(ОН)₂, Na₂SO₄ и др.) протекает с поглощением тепла, то повышение температуры снижает растворимость данного твердого вещества.

В случае сульфата натрия кривая растворимости имеют излом (рисунок 3) из которого видно, что растворимость кристаллогидрата возрастает при повышении температуры, а растворимость безводной соли уменьшается.

4.3 Взаимная растворимость жидкостей

Возможны три случая:

1) неограниченная растворимость(вода — этанол),

2)ограниченная растворимость(вода — фенол),

3) практически несмешивающиеся жидкости(вода — бензол).

Растворимость жидкости в жидкости обычно увеличивается с повышением температуры и практически не зависит от давления. В случае ограниченно растворимых жидкостей существует критическая температура после которой происходит полная взаимная растворимость. Например, для системы вода – анилин верхняя критическая температура равна 168 ^оС.

4.4 Экстракция

В случае несмешивающихся жидкостей при внесении третьего компонента, растворимого в обоих жидкостях, происходит распределение его между двумя жидкостями в определенном соотношении концентраций (закон распределения)

К = С₁/С₂

где С₁ и С₂ концентрация третьего компонента соответственно в первом и втором растворителях,

К- константа распределения.

Данное явление широко используется на практике и называется экстрагирование (извлечение). Например, константа распределения йода между хлороформом и водой равна 130, то есть после установления равновесия концентрация йода в хлороформе будет в 130 раз выше чем в воде. Если заменить слой хлороформа на чистый хлороформ, то распределение обратно станет равным 130 и после третьего экстрагирования концентрация йода в воде станет практически равной нулю.