3 Процесс растворения. Растворимость. Энергетика процесса растворения

Растворение - одно из наиболее убедительных проявлений взаимодействия между частицами компонентов раствора.

Процесс растворения твердых веществ в жидкостях можно представить так: под влиянием растворителя от поверхности твердого вещества постепенно отрываются отдельные ионы или молекулы и равномерно распределяются по всему объему (рисунок 1) . По количеству растворенного вещества, содержащегося в растворе, растворы делятся на насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные.

Насыщенным называется такой раствор, который находится в динамическом равновесии с избытком растворяемого вещества: сколько частиц вещества будет переходить в раствор в единицу времени, столько же частиц будет выделяться (переходить в осадок) из раствора.

растворение, V₁

Осадок Раствор V₁=V₂

Здесь

кристаллизация, V₂

Рисунок 1 - Схема процесса растворения

В ненасыщенном растворе содержится меньше вещества (V₁>V₂), а в пересыщенном - больше, чем в насыщенном. Пересыщенные растворы весьма неустойчивы. Простое сотрясение сосуда или введение в раствор кристаллика соли вызывает выпадение в осадок избытка растворенного вещества.

Растворение веществ сопровождается тепловым (энергетическим) эффектом. При образовании растворов разрушаются связи между молекулами (атомами, ионами) в растворяемом веществе и растворителе, что связано с затратой энергии. Одновременно протекает процесс гидратации (сольватации), который сопровождается выделением энергии. Общий энергетический эффект растворения в зависимости от соотношения количеств выделяемой и поглощаемой энергии может быть как положительным, так и отрицательным. При растворении газов и жидкостей теплота обычно выделяется. В частности, с выделением теплоты протекает смешение воды и спирта. При растворении в воде твердых веществ теплота может и выделяться и поглощаться. Поэтому нагревание по-разному сказывается на их растворимости. Если растворение вещества сопровождается выделением теплоты, то при нагревании его растворимость падает, и наоборот, если вещества растворяются с поглощением теплоты, то нагревание вызывает увеличение растворимости.

Величина теплового эффекта, отнесенная к определенному количеству растворенного вещества, называется теплотой растворения. Если эта величина относится к одному молю растворенного вещества, то ее называют молекулярной (мольной) теплотой растворения.

Кроме энергетического эффекта растворение сопровождается также изменением объема. Например, при растворении спирта в воде объем раствора уменьшается примерно на 3,5 % по сравнению с общим объемом взятых веществ за счет образования сольватов.

Свойство вещества растворяться в воде или другом растворителе называется растворимостью. Растворимость выражают количеством граммов вещества, которое может раствориться в 100 г растворителя при определенной температуре, образуя насыщенный раствор.

Растворимость различных веществ зависит от природы растворенного вещества и растворителя и от термодинамических условий - температуры и давления. Количественно растворимость выражается концентрацией насыщенного раствора.

Растворимость твердого вещества в жидкости с повышением температуры чаще всего увеличивается, а давление практически не оказывает влияния на растворимость.

Растворимость газа в жидкости увеличивается с повышением давления и уменьшается с повышением температуры. Зависимость растворимости газа от давления выражается законом Генри: растворимость газа прямо пропорциональна давлению.

где С_Г – растворимость газа в жидкой фазе;

Р_Г – давление газа над раствором (парциальное);

k–коэффициент пропорциональности, называемый постоянной Генри.

Растворимость жидкости в жидкости обычно увеличивается с повышением температуры и практически не зависит от давления. Лишь при давлениях порядка тысяч атмосфер растворимость начинает заметно возрастать.

Для удобства и большей наглядности изображения зависимости растворимости от условий равновесия широко пользуются графическими методами (кривые растворимости) и таблицами. На графиках и в таблицах растворимость выражают числом граммов растворенного вещества в 100 (или 1000)г растворителя.

Например, растворимость в воде некоторых неорганических соединений при различных температурах приведена в приложении Б в таблице Б.1.