Работа № 4 Процессы, протекающие при образовании растворов

Истинные растворы – это многокомпонентные гомогенные системы переменного состава с размером частиц менее 1 нм, находящиеся в состоянии химического равновесия и неограниченно стабильные во времени. В дальнейшем вместо словосочетания «истинный раствор» мы будем говорить просто «раствор».

Процесс растворения веществ сопровождается выделением или поглощением тепла, изменением объема и окраски. Эти, а также некоторые другие явления указывают на химическое взаимодействие растворенного вещества и растворителя. Этот факт впервые был установлен Д.И. Менделеевым, создавшим свою известную гидратную теорию, согласно которой растворение является химическим процессом. При растворении частицы растворенного вещества образуют с молекулами растворителя неопределенные по составу, более или менее прочные соединения, называемые сольватами. В случае, когда растворителем является вода, они называются гидратами. Сольваты образуются тем легче и они тем более устойчивы, чем более полярны молекулы растворенного вещества и растворителя.

Иногда молекулы воды бывают так прочно соединены с частицами растворенного вещества, что при выделении последнего из раствора в виде кристаллов вода входит в их состав. Кристаллы, содержащие в своем составе воду, называют кристаллогидратами, а воду, в них находящуюся - кристаллизационной.

Опыт 1. Изменение температуры при растворении

При растворении твердого вещества в воде наблюдаются два важнейших процесса: во-первых, происходит образование гидратов (часто это аквакомплексы), что связано с выделением теплоты, а во-вторых, идет распределение гидратированных частиц вещества в растворителе, что связано с поглощением теплоты. Общий тепловой эффект растворения (происходит выделение или поглощение тепла) зависит от того, тепловой эффект какого процесса преобладает.

Выполнение опыта. В две пробирки налить (до 1/3) воды и измерить ее температуру. В первую пробирку поместить 2 - 3г нитрата аммония, во вторую - несколько капель концентрированной серной кислоты. Содержимое пробирок перемешать и измерить температуру полученных растворов. Отметить, при растворении какого вещества теплота выделяется, а какого - поглощается.

Опыт 2. Изменение объема при растворении

Выполнение опыта. Налить в цилиндр с притертой пробкой 5 – 10 мл воды и осторожно добавить такой же объем спирта. Отметить объем полученного раствора. Закрыть цилиндр пробкой и хорошо перемешать. После охлаждения отметить объем раствора. Объяснить происходящее явление.

Опыт 3. Изменение окраски при растворении

Выполнение опыта. Небольшое количество (~ 0,5г) медного купороса прокалить в термостате при 120-150°С в течение 15-30 минут до почти полного исчезновения синей окраски. Полученный порошок растворить в воде. Наблюдать появление синего окрашивания. Объяснить происходящее явление.

Опыт 4.Влияние типа растворителя на процесс растворения.

Процессы, протекающие при растворении, зависят как от типа растворенного вещества, так и от типа растворителя. «Подобное растворяется в подобном», то есть в полярных растворителях хорошо растворяются соединения с полярными (ионными) связями. В воде хорошо растворяются сильные основания, кислоты, соли и плохо растворяются ковалентные соединения. В неполярных растворителях (бензол, четыреххлористый углерод и т.д.) лучше растворяются ковалентные соединения. При этом молекулы растворенных веществ по-разному взаимодействуют с молекулами растворителя.

Выполнение опыта. В три пробирки поместить по 2 - 3 кристалла йода. В первую пробирку добавить немного бензола, во вторую – спирта, в третью –воды. Хорошо перемешать содержимое пробирок.

Отметить цвет полученных растворов. Различная окраска растворов объясняется тем, что неполярные молекулы бензола не соединяются с молекулами йода, а полярные молекулы спирта образуют с йодом сольваты, что сопровождается изменением окраски. В воде иод практически не растворяется.