2.7. Теплота растворения

В большинстве случаев растворение представляет собой наложение двух процессов физического и химического т.к. при этом происходит равномерное распределение частиц растворяемого вещества среди частиц растворителя, и в то же время эти частицы вступают во взаимодействие с частицами растворителя.

Растворение газов всегда сопровождается выделением тепла.

Жидкости растворяются большей частью с выделением тепла. Например: растворение кислот в воде, спиртов в воде, оксидобензола в кислоте и т.д. А, например, растворение жидкого сероуглерода в спирте, в эфире, в воде, уксусной и др. кислотах сопровождается поглощением тепла. Т.е. среди жидкостей есть исключения.

Растворение солей, как правило, сопровождается выделением тепла если они способны вступать в химическое взаимодействие с растворителем и образовывать сольваты (гидраты при растворении в воде). Например, растворяется в воде хлористый кальций, йодистый барий, сульфаты натрия, меди и др. с выделением тепла. А соли не дающие при растворении сольватов, а также сами сольваты растворяются с поглощением теплоты.

Знак теплового эффекта, очевидно, определяется тем, какой из процессов преобладает при растворении:

• разрушение структуры вещества сопровождается поглощением тепла;

• процесс сольватации связан с выделением тепла.

Количественное соотношение растворенного вещества и растворителя имеет большое значение для определения теплоты образования растворов разного состава из одних и тех же ингредиентов (компонентов).

Теплотой растворения (ТР) принято называть количество теплоты выделяемой или поглощаемой при растворении 1 моля вещества в таком количестве растворителя, при котором дальнейшее прибавление растворителя уже не вызывает изменения температуры раствора.

Обычные табличные значения теплот растворения относятся к растворению 1 моля вещества в 200-400 молях растворителя (не менее).

Термохимические уравнения в случае образования водных растворов записываются следующим образом:

HCl+a*q= HCl*a*q+18.5 Ккал.

KOH+a*q=KOH*a*q+13.0 Ккал.

NH₄OH+a*q=NH₄OH*a*q-6.0 Ккал.

a*q-растворитель (водный).

Зная теплоту растворения безводной соли и ее кристаллогидратов можно, например, определить теплоту образования кристаллогидратов. Так, например опытом установлено:

Na₂CO₃+a*q=Na₂CO₃*a*q+6 Ккал.

Na₂CO₃*10Н₂O+a*q= Na₂CO₃*a*q-16 Ккал.

Следовательно, по закону Гесса, разность теплот обоих процессов соответствует ТО кристаллогидрата соды:

Na₂CO₃+10Н₂O= Na₂CO₃*10Н₂O+22 Ккал.

2.8 Теплота нейтрализации

Согласно теории электролитической диссоциации молекулы электролитов, т.е. солей, кислот и оснований обладают способностью диссоциировать в растворе на ионы. Причем сильные электролиты распадаются нацело.

Пример: KCl=K⁺+Cl^-

HCl=H⁺+Cl^-

NaOH=Na⁺+OH^-

Вода почти не диссоциирует на ионы, поэтому нейтрализацию едкого калия с соляной кислотой

HCl+KOH=KCl+H₂O.

В ионной форме:

H⁺+Cl^-+K⁺+OH^-=K⁺+Cl^-+H₂O.

Иначе говоря, принимая во внимание неизменность ионов K⁺ и Cl^- стоящих в левой и правой частях уравнения получим сокращенное ионное уравнение:

H⁺+ OH^- = H₂O.

По аналогии взаимная нейтрализация сильных оснований и кислот состоит в нейтрализации ионов H^- и OH^- , а следовательно тепловой эффект всех подобных реакций должен быть одинаковым. Точные опыты показали, что количество теплоты выделяющейся при нейтрализации сильных оснований с сильными кислотами во всех случаях практически одинаково и равно теплоте образования воды и следующих ионов:

LiOH+HCl=LiCl+H₂O+13,7 Ккал.

KOH+HNO₃= KNO₃+ H₂O+13,7 Ккал.

NaOH+HCl=NaCl+H₂O+13,7 Ккал.

Т.е. H⁺+ OH^- = H₂O+13,7 Ккал.