1.3 Химическое равновесие в растворах

Значительная часть процессов, протекающих в растворах, являются равновесными или стремятся к состоянию равновесия.

Раствор, в котором устанавливается равновесие между растворителем и растворенным веществом, называется насыщенным, а концентрация такого раствора – растворимостью. Растворы с меньшей концентрацией называются ненасыщенными:

_{растворение}

Р астворяемое вещество Раствор .

^{образование фазы}

Растворимость зависит от температуры. Можно приготовить пересыщенный раствор медленным охлаждением раствора, полученного при повышенной температуре. У пересыщенного раствора равновесие метастабильно и любое физическое воздействие приводит к выпадению осадка.

Растворимость для различных веществ колеблется в значительных пределах и зависит от их природы, от взаимодействия частиц растворённого вещества между собой и с молекулами растворителя, а также от внешних условий (температуры, давления).

Предсказать растворимость трудно, но некоторые закономерности есть:

1) подобное растворяется в подобном. Неполярные вещества (кислород, галогены) – хорошо растворяются в неполярных растворителях, в воде – плохо; в воде хорошо растворяются полярные вещества;

2) высокая растворимость может быть следствием образования водородных связей (спирт-вода).

1.3.1 Растворимость газов в жидкостях

Растворение газа в жидкости - процесс экзотермический, с ростом температуры растворимость уменьшается (принцип Ле Шателье). Растворимость газов пропорциональна их парциальным давлениям - закон Генри.

1.3.2 Растворимость жидкостей в жидкостях может быть полной (спирт-вода), ограниченной (вода-анилин). Растворимость жидкости в жидкости растет с температурой и при некоторой критической температуре наблюдается полная взаимная растворимость.

1.3.3 Растворимость твердых веществ в жидкостях

Растворимость твердых веществ в жидкостях увеличивается с увеличением температуры, давление практически не влияет. Добавки посторонних веществ снижают растворимость данного вещества - меньше свободных молекул растворителя (эффект высаливания).

Скорость растворения твердых веществ зависит от их дисперсности – измельченный порошок растворяется быстрее первоначального продукта.

На кафедре неорганической химии С.-Петербургского университета, которую возглавлял с 1934 по 1977 г. С.А.Щукарев, проводились термохимические исследования растворов электролитов и твердых фаз. В соответствии с законом С.А.Щукарева, скорость процесса кристаллизации и обратного процесса растворения определяется скоростью подвода или отвода вещества к поверхности кристалла и описывается уравнением:

, (1.9)

где - коэффициент массоотдачи;

C_p- концентрация насыщения;

C- концентрация пересыщения;

F - поверхность кристалла.

Сольватация – взаимодействие между молекулами и ионами растворяемого вещества и молекулами растворителя состоит из нескольких стадий: молекулярная диссоциация, образование сольватов, ионизация и электролитическая диссоциация:

, стадия(a) - процесс образования сольватов

где АВ – молекулы растворяемого вещества;

S – молекулы растворителя.

, стадия(b) - электролитическая диссоциация.

Рисунок 2 – Процесс образования сольватов

Рисунок 3 – Электролитическая диссоциация

Если процесс сольватации останавливается на стадии (a), то образуется раствор неэлектролита (подчиняется законам Рауля, Вант – Гоффа: раствор сахара в воде).

Если процесс протекает до стадии (b), то система является раствором электролита: растворы щелочей, солей, неорганических кислот в воде.