Механизм процесса растворения

Д. И. Менделеев писал: "Для полного понимания растворов необходимо признать равноправие всех компонентов, составляющих систему. Игнорировать растворитель, рассматривать его как инертную среду, недопустимо. Необходимо учитывать все типы взаимодействия между всеми видами частиц". При растворении происходит изменение структуры и свойств как растворенного вещества, так и растворителя. Между ними имеет место диполь - дипольное, ион - дипольное и другие взаимодействия. При этом возникают донорно-акцеп-торные, водородные и другие типы связей. Все виды взаимодействия между частицами Каблуков И. А. назвал сольватацией, а получающиеся продукты - сольватами, а в случае водных растворов - гидратацией и гидратами. Все эти процессы приводят к установлению равновесия в системе (∆G=0). Таким образом: истинные растворы - это гомогенные, равновесные, многокомпонентные системы, достигшие минимума ∆G за счет всех видов взаимодействия между всеми видами частиц.

Растворы представляют собой дисперсные системы, в которых частицы одного вещества равномерно распределены в другом.

Тепловые эффекты при растворении

Растворение обычно сопровождается заметным тепловым эффектом (эндо- или экзотермическим), изменением объема (общий объем раствора не равен сумме объемов компонентов) иногда изменением окраски и т.п. Так растворение твердых веществ в жидкостях можно рассматривать как фазовый переход из твердого в жидкое состояние, то есть аналогичен процессу плавления - процесс эндотермический (∆Н > О, ∆S > 0). При растворении в жидкостях газов и жидкостей (процесс аналогичен процессу конденсации) происходит выделение теплоты (∆Н < О, ∆S < 0). С термодинамической точки зрения растворение всегда сопровождается убылью энергии Гиббса. При этом независимо от знака изменения энтальпии при растворении всегда ∆G < 0, так как переход вещества в раствор сопровождается значительным возрастанием энтропии вследствие стремления системы к разупорядочению. Общий тепловой эффект равен

∆H растворения = ∆Н фаз. пер. + ∆H сольват.

Ненасыщенные, насыщенные и пересыщенные растворы

При растворении твердого кристаллического вещества (например, сахара) в воде идут два взаимно противоположных процесса - растворение и кристаллизация, которые сопровождаются определенной скоростью (υ_р и υ_кр). Система, в которой υ_Р больше υ_кр называется ненасыщенной . Это растворы, в которых при данных условиях может растворяться данное вещество. Система, в которой υ_р = υ_кр называется насыщенной, т.е. раствор, который находится в равновесии с избытком растворенного вещества (в котором при данных условиях невозможно дальнейшее растворение вещества). Ненасыщенные и насыщенные растворы являются термодинамически устойчивыми системами. Раствор, содержащий больше растворенного вещества, чем это определяется его растворимостью, называется пересыщенным. Пересыщенный раствор представляет собой неустойчивую, метастабильную систему. При любом внешнем воздействии в системе происходят необратимые изменения, сопровождающиеся осаждением избыточного количества растворенного вещества. Это явление часто используют для очистки веществ перекристаллизацией.