4.2 Процессы, сопровождающие растворение

Как правило, процессы растворения сопровождаются изменением объема и температуры. Например, при смешении равных объемов этилового спирта и воды объем смеси меньше суммы объемов компонентов (это явление называется контракцией).

Количество тепла, поглощаемого или выделяемого при растворении 1 моля вещества, называется теплотой растворения (H_s). При растворении твердого вещества происходит разрушение кристаллической решетки. На это требуется затрата энергии. Однако многие процессы растворения протекают с выделением теплаТ.е. эти процессы являются экзотермическими. (H_s<0). Поэтому можно предположить, что наряду с разрушением кристаллической решетки протекает экзотермический процесс. Было показано, что этим процессом является сольватация, т.е. соединение молекул растворенного вещества в неустойчивые соединения – сольваты. Когда растворителем является вода, то эти соединения называются гидратами, а процесс – гидратацией. Поскольку молекула воды очень полярна *, то многие гидраты весьма устойчивы и могут быть выделены в кристаллическом состоянии (кристаллогидраты) – например, CuSO₄5H₂O – медный купорос, Na₂CO₃10H₂O – кристаллическая сода, Na₂S₂O₃5H₂O – гипосульфит, и др. Следовательно, растворение – физико-химический процесс.

4.3 Растворы электролитов

4.3.1 Электролитическая диссоциация

Электролиты – вещества, которые при растворении подвергаются диссоциации на ионы. В результате раствор приобретает способность проводить электрический ток, т.к. в нем появляются подвижные носители электрического заряда. Например, при растворении в воде уксусная кислота диссоциирует на ион водорода и ацетат-ион:

CH₃COOH H⁺ + CH₃COO^–

Необходимым условием, определяющим возможность процесса электролитической диссоциации, является наличие в растворяемом веществе ионных * или полярных связей *, а также достаточная полярность * самого растворителя *. Количественная оценка процесса электролитической диссоциации дается двумя величинами: степенью диссоциации  и константой диссоциации K.

Степенью диссоциации () электролита называется отношение числа его молекул, распавшихся на ионы, к общему числу молекул электролита в растворе, т. е.  . Так, если C=0,1 моль/л, а концентрация диссоциированной части вещества С_д=0,001 моль/л, то для растворенного вещества =0,001/0,1=0,01, или =1%. Степень электролитической диссоциации зависит как от природы растворенного вещества, так и от концентрации раствора, увеличиваясь с его разбавлением.

Электролиты можно разделить на две большие группы: сильные и слабые. Сильные электролиты диссоциируют практически полностью. К сильным электролитам относятся, например, H₂SO₄Серная кислота., HClСоляная кислота., HNO₃Азотная кислота., H₃PO₄Ортофосфорная кислота., HClO₃Хлорноватая кислота., HClO₄Хлорная кислота., KOHГидроксид калия., а также хорошо растворимые соли: NaClХлорид натрия (поваренная соль)., KBrБромид калия., NH₄NO₃Нитрат аммония (аммиачная селитра). и др. Для слабых электролитов устанавливается равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами. К слабым электролитам относятся плохо растворимые соли (см. таблицу растворимости), вода и большинство органических кислот (например, уксусная CH₃COOH, муравьиная HCOOH), а также неорганические соединения: H₂CO₃Угольная кислота., H₂SСероводородная кислота., HCNЦиановодородная (синильная) кислота., H₂SiO₃Метакремниевая кислота., H₂SO₃Сернистая кислота., HNO₂Азотистая кислота., HClOХлорноватистая кислота., HCNOЦиановая кислота., NH₄OHГидроксид аммония. и др.

Константа равновесия для процесса диссоциации называется константой диссоциации (K). В общем случае для электролита, диссоциирующего на два иона:

АВ А⁺ + В^–

Для приведенного выше процесса диссоциации уксусной кислоты:

Если обозначить концентрацию электролитаВ приведенных здесь выражениях используется Молярная концентрация., распадающегося на два иона, через C, то

[A⁺] = [B^–] = C;                   [AB] = C(1–);

Это уравнение соответствует закону разбавления Оствальда. Если электролит слабый, и диссоциация очень мала (<<1), то закон разбавления Оствальда упрощается:

K=²C;       .

Таким образом, степень диссоциации возрастает с разбавлением раствора.

Многоосновные кислоты, а также основания многовалентных металлов диссоциируют ступенчато. Например:

H₂CO₃ H⁺ + HCO₃^–

HCO₃^– H⁺ + CO₃^2–

Первое равновесие – диссоциация по первой ступени – характеризуется константой

Для диссоциации по второй ступени:

В случае угольной кислоты константы диссоциации имеют следующие значения: K_I = 4,310^–7, K_II = 5,610^–11. Для ступенчатой диссоциации всегда  K_I>K_II>K_III>, т.к. энергия, которую необходимо затратить для отрыва иона, минимальна при отрыве его от нейтральной молекулы.