Jakie czynniki określają efekt termiczny procesu rozwiązania. Efekt termiczny rozpuszczania (rozpuszczanie Entkarpia)

Rozwiązania są jednofazowe systemy składowe składające się z kilku składników, z których jeden jest rozpuszczalnikiem i innymi substancjami rozpuszczonymi. Fakt, że rozwiązania są systemami jednofazowymi dotyczącymi ich związkami chemicznymi, a fakt, że są one zmiennymi systemami kompozycji, przynosząc je bliżej z mieszaninami mechanicznymi. Dlatego uważa się, że rozwiązania mają podwójną naturę: z jednej strony są podobne do związków chemicznych, a na drugim - z mieszaninami mechanicznymi.

Rozpuszczanie jest procesem fizyko-chemicznym. W zjawisku fizycznym kryształ jest zniszczony, a dyfuzja rozpuszczalnych cząsteczek występuje. Gdy wygląd chemiczny, w procesie rozpuszczania, cząsteczka substancji rozpuszczonej reaguje z cząsteczkami rozpuszczalnikami.

Proces rozpuszczania towarzyszy uwalnianie lub absorpcja ciepła. To ciepło, przypisane do jednego modlitwy o substancji, nazywa się efektem termicznym rozwiązania, QP.

Całkowity efekt termiczny rozpuszczania zależy od efektów termicznych:
a) zniszczenie krystalicznej kraty (proces zawsze jest z uwzględnieniem - Q 1);
b) dyfuzja rozpuszczonej substancji w rozpuszczalniku (koszty energii - Q 2);
c) Hydration (Outlook cieplny, + q3, ponieważ hydraty są utworzone przez pojawienie się delikatnej wiązania chemicznego, które zawsze towarzyszy uwolnienie energii).

Całkowity efekt termiczny rozwiązania QP będzie równy sumie tytułu efektów termicznych: QP \u003d (-q 1) + (- Q 2) + (+ Q 3); Jeśli Q 1\u003e Q 3\u003e Rozpuszczanie idzie z absorpcją ciepła, czyli proces endotermiczny, jeśli Q 1< Q 3 , то растворение идет с выделением теплоты, то есть процесс экзотермический. Например, растворение NaCl, KN0 3 , NH 4 CNS идет с поглощением теплоты, растворение NaOH, H 2 S0 4 - с выделением теплоты.

Zadanie. Dlaczego, gdy rozpuszcza się w wodzie, temperatura chlorku sodu zmniejsza się, a gdy kwas siarkowy rozpuszcza się - wzrasta?

Odpowiedź. Po rozpuszczeniu chlorku sodu, kryształowa krata zostaje zniszczona, której towarzyszy znaczna energia. Proces dyfuzji jest spędził niewielką ilość energii. Uwolnienie energii zawsze towarzyszy uwolnienie energii. Dlatego też, jeśli temperatura zostanie zmniejszona podczas rozpuszczania, energia wymagana do zniszczenia krystalicznej kraty okazuje się być większa niż energia uwalniana podczas hydratacji, aw ogólnym rozwiązanie jest chłodzone.

Efekt termiczny rozpuszczania kwasu siarkowego składa się głównie z ciepła nawadniania jonów, więc roztwór jest ogrzewany.

Rozpuszczalność materii - To jego zdolność do rozpowszechniania w środowisku rozpuszczalnikowym. Rozpuszczalność (lub współczynnik rozpuszczalności) określa się maksymalną ilością gramów substancji, która może rozpuścić w 100 gramów rozpuszczalnika w danej temperaturze.

Rozpuszczalność większości substancji stałych wzrasta z ogrzewaniem. Istnieją wyjątki, czyli takie substancje, których rozpuszczalność wraz ze wzrostem zmian temperatury (NaCl) lub nawet spadki (SA (O) 2).

Rozpuszczalność gazów w kroplach wodą z ogrzewaniem i wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia.

Rozpuszczalność substancji jest związana z charakterem rozpuszczonej substancji. Związki polarne i jonowe są zwykle rozwiązywane dobrze w rozpuszczalnikach polarnych i związkach niepolarnych w rozpuszczalnikach nie-polarnych. Tak więc chlorek i amoniak są dobrze rozpuszczalne w wodzie, podczas gdy wodór, chlor, azot rozpuszczają się w wodzie, jest znacznie gorszy.

Rozpuszczanie jest procesem fizykochemicznym prowadzącym do tworzenia jednorodnego systemu. Efekty termiczne towarzyszące jest konsekwencją wielu różnych powodów. Rozważ kilka przykładów:

A) proces rozpuszczania w wodzie cieczy może towarzyszyć takie zjawiska jako dysocjacja cząsteczek polarnych do tworzenia jonów, występowanie wiązań wodorowych między cząsteczkami wody polarnej i cząsteczkami substancji zawierających elementy o wysokiej elektryszalności, nawodnienie cząstek chemicznych itd.

Od 2N 5 na - H 2

System ten odpowiada tworzeniu idealnych rozwiązań w szerokim zakresie stężeń. Proces rozpuszczania należy dołączyć tworzenie wiązań wodorowych, dlatego jest energetycznie opłacalny, czyli, ma pozytywny efekt termiczny.

CH3 Coxy - H2O

Kwas octowy jest słabym kwasem monosokondynakowym do D \u003d 1,8 10 -5, dlatego, gdy rozpuszcza się w wodzie, część energii zostanie wydana na dysocjację cząsteczek (ujemny efekt termiczny) i części energii, wręcz przeciwnie , zostaną zwolnione w postaci ciepła podczas jonów nawadniania. Całkowity efekt będzie zależeć od stosunku tych wartości.

B) proces rozpuszczonych ciał stałych w wodzie zależy od rodzaju krystalicznej kraty tego ostatniego. Z reguły, rozpuszczone kryształy jonowe wiąże się z dwoma przeciwnymi efektami: pozytywną wartością energii nawadniania jonów i negatywnych - zniszczenia krystalicznej kraty. Kryształy molekularne Pierwszy składnik jest praktycznie nieobecny. Podczas pugsowania rozcieńczonych roztworów solonów silnych elektrolitów, efekt termiczny nie jest obserwowany. Jeśli utworzono osad, obserwowany jest efekt osadzania termicznego.

Zintegrowany rozpuszczanie ciepła - Jest to ilość ciepła wchłoniętego lub uwalniana podczas rozpuszczania 1 mola substancji w bardzo dużym (300 moli / molach) rozpuszczalnika.

Przykład zadania rozliczeniowego:

Oblicz integralną rozpuszczanie chlorku amonu, jeżeli po rozpuszczeniu 1,473 g soli w 528.5 g wody, temperatura spadła o 0,174 o C. Masowa pojemność cieplna roztworu 4 109 j / g. K. Pojemność cieplna kalorymetru 181,4 j / g do

Decyzja:Zintegrowany rozpuszczanie ciepła można obliczyć wzorem:

Q \u003d (Calorim. + C p-ra. M) × ΔT / N,

gdzie C jest pojemnością cieplną, N - ilość rozpuszczonej substancji: n \u003d m / m

m (p-ra) \u003d 528,5 +1,473 \u003d 530 g,

ΔT \u003d -0.174 o C,

Q \u003d (4.109 × 530 + 181,4) × (-0.174) × 53,5 / 1,473 × 1000 \u003d -15,11 KJ / MOL z przebiegu termodynamiki chemicznej znane jest, że miara efektu termicznego procesu chemicznego podczas proces izobaryczny (stałość ciśnienia w systemie) jest termodynamiczna funkcja stanu - entalpia

ΔH \u003d n con. - n początek. Efekt termiczny jest równy w wartości bezwzględnej entalpy, ale znak jest przeciwny do niego. Proces egzotermiczny, wraz z uwalnianiem cieplnym, odpowiada -ΔN i endotermicznemu, wraz z absorpcją ciepła, odpowiada + ΔH. na drodze, proces rozpuszczania chlorku amonu - endotermiczny, ΔH \u003d 15,11 KJ / Mol.

Roztwór nazywa się jednorodnym układem składającym się z dwóch lub więcej komponentów. W przejściu substancji do roztworu, wiązania niezgodne i jonowe krystalicznej solidnej sieci występują i przejście do roztworu w postaci pojedynczych cząsteczek lub jonów, które są równomiernie rozmieszczone wśród cząsteczek rozpuszczalników.

Aby zniszczyć kryształową kratę substancji, konieczne jest wydanie większej energii. Energia ta jest zwolniona w wyniku uwodnienia (solwacji) jonów i cząsteczek, tj. Oddziaływanie chemiczne substancji rozpuszczalnej z wodą (lub ogólnie z rozpuszczalnikiem).

Oznacza to, że rozpuszczalność substancji zależy od różnicy w ilości energii nawodnienia (solwacji) i energii krystalicznej sieci substancji.

Rozpuszczanie energii ΔH Rast - Energy wchłaniany (lub zwolniony) Po rozpuszczeniu 1 mol substancji w takiej objętości rozpuszczalnika, którego dalsze dodanie nie powoduje zmian w efekcie termicznym.

Całkowity efekt termiczny rozpuszczania zależy od efektów termicznych:

· A) Zniszczenie kraty krystalicznej (proces zawsze jest kosztem Δn 1\u003e 0);

· B) dyfuzja rozpuszczonej substancji w rozpuszczalniku (koszt energii ΔH2\u003e 0);

· C) Solvation (Hydration) (uwalnianie ciepła, ΔH 3<0, так как между растворителем и растворенным веществом образуются непрочные химические связи, что всегда сопровождается выделением энергии).

Całkowity efekt termiczny rozpuszczania ΔH p będzie równy sumie wymienionego efektów termicznych

Energia rozpuszczania zależy od Formuły 1.1:

ΔH PAC T \u003d ΔH do p. R. + ΔH C, (1.1)

gdzie ΔH ras - energia rozpuszczania substancji, kj / mol;

ΔН C - Energia interakcji rozpuszczalnika z rozpuszczalnikiem

substancja (energia solwacji), kj / mol;

ΔН do p .r. - energia zniszczenia krystalicznej kraty,

kJ / mol.

Jeśli energia zniszczenia krystalicznego kraty jest większa niż energia solwacji, wówczas proces rozpuszczania będzie procesem endotermicznym, ponieważ energia wydana na zniszczenie struktury krystalicznej nie zostanie zrekompensowana przez energię uwalnianą podczas solwacji .

Jeżeli energia zniszczenia krystalicznej kraty jest mniejsza niż energia solwacji, wówczas proces rozpuszczania będzie procesem egzotermicznym, ponieważ energia wydana na zniszczenie struktury krystalicznej jest całkowicie zrekompensowana przez energię uwalnianą podczas solwacji. W związku z tym, w zależności od relacji między energią zniszczenia kraty krystalicznej substancji rozpuszczonej i energii interakcji substancji rozpuszczonej z rozpuszczalnikiem (solwation), energia rozpuszczania może być zarówno pozytywna, jak i ujemna.

Tak więc, gdy rozpuszczono w wodnym chlorku sodu, temperatura praktycznie nie zmienia się, gdy rozpuszcza azotan potasu lub amoniowy, temperatura jest ostry zmniejszona, a gdy wodorotlenek potasu jest rozpuszczony lub kwas siarkowy, gwałtownie wzrasta.

Rozpuszczanie ciał stałych w wodzie jest bardziej skłonny do endotermicznego procesu, ponieważ w wielu przypadkach ciepło jest uwalniane w hydratacji mniejszą niż wydaną na zniszczenie krystalicznie krystalicznie.

Energia kraty krystalicznej można obliczyć teoretycznie. Jednak nadal nie ma niezawodnych metod teoretycznych obliczeń energii solwacji.

Istnieją pewne wzorce, które wiążą rozpuszczalność substancji z ich kompozycją.

W przypadku soli tego samego anionu z różnymi kationami (lub odwrotnie) rozpuszczalność będzie najmniejsza w przypadku, gdy sól jest utworzona przez jony tego samego ładunku i o tym samym rozmiarze, ponieważ W tym przypadku energia kryształu jonowego jest maksymalna.

Na przykład, rozpuszczalność siarczanów elementów drugiej grupy układu okresowego zmniejsza się przez podgrupę od góry do dołu (z magnezu do baru). Wyjaśnia to fakt, że jony barowe i siarczanowe są najbardziej odpowiednie dla siebie. Podczas gdy kationy wapnia i magnezu są znacznie mniejsze niż aniony, które 4 2-.

Rozpuszczalność wodorotlenków tych elementów, wręcz przeciwnie, wzrasta z magnezu do baru, ponieważ promienie oddziaływania magnezu i aniony wodorotlenku są prawie takie same, a pilne kationy są bardzo różne od małych anionów hydroksylowych.

Istnieją jednak wyjątki, na przykład dla szczawianów i węglanów wapnia, strontu, baru itp.

1) Korzystanie z zmiany temperatury podczas rozpuszczania.

Ilość energii uwalnianej podczas ogrzewania lub chłodzenia korpusu oblicza się przez równanie (1.2):

, (1.2)

gdzie nadaje się Δn. - rozpuszczanie energii substancji, kj / mol;

c Jest specyficzną pojemnością cieplną substancji A, J / (G ∙ K);

m 1 - Masa substancji A, R;

ΔТ - zmiana temperatury, grad.

Przykład 1.1. Gdy chlorek amonu zostanie rozpuszczony, temperatura spadła do 2 0 o 2 0. Oblicz rozpuszczanie ciepła NH4 C1 w wodzie, biorąc pod uwagę specyficzną pojemność cieplnej otrzymanego roztworu pojemności ciepła 4,1870 j / (G * K).

Decyzja:

Korzystanie z równania (1.2), obliczymy energię wchłanianej o 291 g wody, gdy rozpuszcza się 8G NH 4 C1, ponieważ Jednocześnie temperatura zmniejsza się o 2 0 s, to: ΔH jest spełnione. \u003d - (4,187 ∙ 291 ∙ (-2)) \u003d 2436.8 J.

Aby określić entalpia rozpuszczania NH4 C1 kompilujemy proporcję, M (NH4 C1) \u003d 53,49 g / mol:

8g NH 4 CL - 2436.8 j

53,49g NH 4 C1 - x J

x \u003d 1629,3J \u003d 16 3kj. W związku z tym rozpuszczenie NH4 C1 towarzyszy absorpcję ciepła.

2) przy użyciu konsekwencji GESSA; efekt termiczny reakcji chemicznej (ΔH 0 HR) jest równy sumie ciepła (entalpia) tworzenia produktów reakcyjnych (ΔH 0 O 6P. NPO d.) Minus ilość ciepła (entalpia) tworzenia Materiały wyjściowe (ΔH 0 Arr. Ex.) C Rachunkowość współczynników przed wzrościem tych substancji w równaniu reakcji.

ΔH 0 X.R.= ΣΔH 0 obr.prod - σ ΔH 0 obr.ish, (1.3)

Przykład 1.2. Oblicz efekt termiczny rozpuszczania aluminium w rozcieńczonym kwasie solnym, jeśli standardowe ciepło tworzenia reagentów jest równe (KJ / MOL): ΔH 0 (NS1) (AQ) \u003d - 167,5; ΔH 0 A1C1 3 (A Q) \u003d -672.3.

Decyzja: Odpowiedź rozpuszczania A1 w kwasie chlorowodorowej przepływa przez równanie 2A1 + 6NS1 (AQ) \u003d 2ALCl 3 (AQ) + 3H2. Ponieważ aluminium i wodór są proste substancje, dla nich ΔH 0 \u003d 0 kj / mol, a następnie efektem termicznym reakcji rozpuszczania jest:

ΔH 0 298 \u003d 2 ∙ ΔH 0 A1C1 3 (a Q) -6 ∙ ΔH 0 NS1 (AQ)

ΔН 0 298 \u003d 2 ∙ (-672.3) -6 ∙ (-167,56) \u003d - 339,2 tys.

Korzystając z konsekwencji prawa GESS, możliwe jest określenie możliwości reakcji rozpuszczania. W tym przypadku konieczne jest obliczenie energii Gibbs.

Przykład 1.3. Czy siarkowość miedzi w rozcieńczonym kwasie siarkowym zostanie rozpuszczony, jeśli energia GIBBS substancji reagentów jest równa (KJ / MOL): ΔG 0 (CUS (K)) \u003d -48.95; ΔG 0 (H2SO4 (AQ) \u003d - 742.5; ΔG 0 (Cuso 4 (AQ)) \u003d -677,5, ΔG 0 (H2 S (G)) \u003d -33.02.

Decyzja. Aby odpowiedzieć, konieczne jest obliczenie ΔG 0 298 reakcji rozpuszczania. Możliwa reakcja rozpuszczania CU w rozcieńczonym H2, więc 4 przepływa przez równanie:

CUS (K) + H2SO4 (AQ) \u003d Cuso 4 (AQ) + H 2 S (G)

ΔG 0 298 \u003d ΔG 0 (Cuso 4 (AQ)) + ΔG 0 (H2 S (G)) -ΔG 0 (CUS (K)) -ΔG 0 (H 2 SO 4 (AQ))

ΔG 0 298 \u003d -677,5-33.02 + 742.5 + 48,95 \u003d 80,93 KJ / MOL.

Od ΔG\u003e 0 reakcję nie jest możliwe, tj. CUS nie zostanie rozpuszczony w rozcieńczeniu H 2 SO 4.

Hydratowanie ciepła ΔH 0 hydrat. - Ogrzewanie, wyizolowany przez interakcję 1 molowej substancji rozpuszczalnej z rozpuszczalnikiem - woda.

Przykład 1.4. Po rozpuszczeniu 52.06g You1 2 w 400 MOL H2O 2,16 kJ z ciepła, a po rozpuszczeniu 1 mol z You1 2 ∙ 2N 2 O 400 MOL H2OH, 18,49 KJ Ciepło jest absorbowane. Oblicz ciepło nawilżenia bezwodnego You1 2,

Decyzja. Proces rozpuszczania bezwodnego You1 2 może być reprezentowany w następujący sposób:

a) nawodnienie bezwodnej soli You1 2

You1 2 + 2n 2 O \u003d You1 2 ∙ 2N 2,2 o; ΔH hydra.<0

b) rozpuszczenie powstałego hydratu

BACL 2 ∙ 2H2O + AQ * → You1 2 ∙ 2N 2 O (AQ); Δh rast. \u003e 0.

Ilość ciepła ΔH 0, uwalniana podczas rozpuszczania bezwodnego You1 2, jest równa sumie algebraicznej efektów termicznych tych dwóch procesów:

ΔH 0 \u003d\u003d ΔH 0 HALL + ΔH 0 jest usuwany; ΔH 0 hydr \u003d ΔH 0 - ΔH 0

Aby obliczyć ciepło nawadniania bezwodnego chlorku, konieczne jest określenie rozpuszczania ciepła z You1 2 dla tych samych warunków, co dla Ciebie1 2 ∙ 2N 2,, tj. Dla 1 mol z You1 2 (rozwiązanie w obu przypadkach powinno mieć taką samą koncentrację); M (bacl 2) \u003d 208,25 g / mol

52.06g You1 2 - 2,16 kj

208.25g You1 2 - X KJ

x \u003d 8,64 kJ / mol. W związku z tym Δn jest spełnione \u003d -8,64 kJ / mol.

Następnie ΔH Hydh \u003d 18,49 + 8,64 \u003d 27.13 KJ / MOL.

Oznacza to, że rozpuszczalność substancji zależy od różnicy w ilości energii nawodnienia (solwacji) i energii krystalicznej sieci substancji.

Całkowity efekt termiczny rozpuszczania zależy od efektów termicznych:

· A) Zniszczenie kraty krystalicznej (proces zawsze jest kosztem Δn 1\u003e 0);

· B) dyfuzja rozpuszczonej substancji w rozpuszczalniku (koszt energii ΔH2\u003e 0);

Całkowity efekt termiczny rozpuszczania ΔH p będzie równy sumie wymienionego efektów termicznych

Energia rozpuszczania zależy od Formuły 1.1:

ΔH PAC T \u003d ΔH do p. R. + ΔH C, (1.1)

gdzie ΔH ras - energia rozpuszczania substancji, kj / mol;

ΔН C - Energia interakcji rozpuszczalnika z rozpuszczalnikiem

substancja (energia solwacji), kj / mol;

ΔН do p .r. - energia zniszczenia krystalicznej kraty,

kJ / mol.

Energia kraty krystalicznej można obliczyć teoretycznie. Jednak nadal nie ma niezawodnych metod teoretycznych obliczeń energii solwacji.

Istnieją pewne wzorce, które wiążą rozpuszczalność substancji z ich kompozycją.

Istnieją jednak wyjątki, na przykład dla szczawianów i węglanów wapnia, strontu, baru itp.

1) Korzystanie z zmiany temperatury podczas rozpuszczania.

Ilość energii uwalnianej podczas ogrzewania lub chłodzenia korpusu oblicza się przez równanie (1.2):

, (1.2)

gdzie nadaje się Δn. - rozpuszczanie energii substancji, kj / mol;

c Jest specyficzną pojemnością cieplną substancji A, J / (G ∙ K);

m 1 - Masa substancji A, R;

ΔТ - zmiana temperatury, grad.

Decyzja:

Aby określić entalpia rozpuszczania NH4 C1 kompilujemy proporcję, M (NH4 C1) \u003d 53,49 g / mol:

8g NH 4 CL - 2436.8 j

53,49g NH 4 C1 - x J

x \u003d 1629,3J \u003d 16 3kj. W związku z tym rozpuszczenie NH4 C1 towarzyszy absorpcję ciepła.

ΔH 0 X.R.= ΣΔH 0 obr.prod - σ ΔH 0 obr.ish, (1.3)

ΔH 0 298 \u003d 2 ∙ ΔH 0 A1C1 3 (a Q) -6 ∙ ΔH 0 NS1 (AQ)

ΔН 0 298 \u003d 2 ∙ (-672.3) -6 ∙ (-167,56) \u003d - 339,2 tys.

Korzystając z konsekwencji prawa GESS, możliwe jest określenie możliwości reakcji rozpuszczania. W tym przypadku konieczne jest obliczenie energii Gibbs.

Decyzja. Aby odpowiedzieć, konieczne jest obliczenie ΔG 0 298 reakcji rozpuszczania. Możliwa reakcja rozpuszczania CU w rozcieńczonym H2, więc 4 przepływa przez równanie:

CUS (K) + H2SO4 (AQ) \u003d Cuso 4 (AQ) + H 2 S (G)

ΔG 0 298 \u003d ΔG 0 (Cuso 4 (AQ)) + ΔG 0 (H2 S (G)) -ΔG 0 (CUS (K)) -ΔG 0 (H 2 SO 4 (AQ))

ΔG 0 298 \u003d -677,5-33.02 + 742.5 + 48,95 \u003d 80,93 KJ / MOL.

Od ΔG\u003e 0 reakcję nie jest możliwe, tj. CUS nie zostanie rozpuszczony w rozcieńczeniu H 2 SO 4.

Hydratowanie ciepła ΔH 0 hydrat. - Ogrzewanie, wyizolowany przez interakcję 1 molowej substancji rozpuszczalnej z rozpuszczalnikiem - woda.

Decyzja. Proces rozpuszczania bezwodnego You1 2 może być reprezentowany w następujący sposób:

a) nawodnienie bezwodnej soli You1 2

You1 2 + 2n 2 O \u003d You1 2 ∙ 2N 2,2 o; ΔH hydra.<0

b) rozpuszczenie powstałego hydratu

BACL 2 ∙ 2H2O + AQ * → You1 2 ∙ 2N 2 O (AQ); Δh rast. \u003e 0.

Ilość ciepła ΔH 0, uwalniana podczas rozpuszczania bezwodnego You1 2, jest równa sumie algebraicznej efektów termicznych tych dwóch procesów:

ΔH 0 \u003d\u003d ΔH 0 HALL + ΔH 0 jest usuwany; ΔH 0 hydr \u003d ΔH 0 - ΔH 0

52.06g You1 2 - 2,16 kj

208.25g You1 2 - X KJ

x \u003d 8,64 kJ / mol. W związku z tym Δn jest spełnione \u003d -8,64 kJ / mol.

Następnie ΔH Hydh \u003d 18,49 + 8,64 \u003d 27.13 KJ / MOL.

ROZPUSZCZALNOŚĆ

Najczęstszym rozpuszczalnikiem cieczy jest woda. Ma najbardziej rozpuszczone i dysocjujące zdolności. W przypadku wody Temperatura rozpuszczania jest ograniczona do przedziału 0-100 0 C.

Większość substancji rozpuszczających się w wodzie jest stała.

Proces rozpuszczenia substancji towarzyszy dyfuzja, tj. Ruch cząsteczek z regionów skoncentrowanego roztworu w regionie z mniejszym stężeniem. Innymi słowy, substancja w rozpuszczaniu jest równomiernie rozmieszczona na całej masie rozpuszczalnika.

Proces rozpuszczania występuje aż do stężenia tej substancji w roztworze nie osiągnie pewnej wartości, w której występuje stan równowagi:

rozwiązanie fazy stałych

Zdolność ciała stałego do przetłumaczenia na roztwór nie jest niezastąpiony. Po wprowadzeniu do szklanki z wodą (t \u003d const), pierwsze części substancji są całkowicie rozpuszczone i tworzą nienasycony roztwór. W tym rozwiązaniu możliwe jest rozwiązanie następujących części, dopóki substancja przestaje się przenieść do roztworu, a część go pozostanie jako osad na dnie szyby.

Rozpuszczanie jest procesem dwukierunkowym: stałe przenosi się do roztworu, a rozpuszczona substancja z kolei przechodzi do fazy stałej. Jeśli ilość substancji transmisji do roztworu na jednostkę czasu jest równa ilości substancji, która jest uwalniana w tym samym czasie do fazy stałej, oznacza to, że roztwór jest nasycony. Rozwiązanie utworzone w tym przypadku jest nazywany roztwór nasycony . Wzrost stężenia roztworu spowalnia ustanowienie równowagi.

Ustanawia się stan równowagi heterogenicznej między substancją w nasyconym roztworze i substancji w osadzie. Cząstki rozpuszczonej substancji poruszają się przez powierzchnię rozdzielania fazy ciekłej (roztworu) do fazy stałej (osad) i z tyłu, dlatego kompozycja nasyconego roztworu pozostaje stała w pewnej temperaturze stałej. Nasycone rozwiązania to stabilne systemy, tj. Mogą istnieć w tej temperaturze bez zmiany stężenia arbitralnie przez długi czas.

Stężenie nasyconego roztworu zmienia się ze zmianą temperatury. Gdy temperatura zmniejsza się, roztwór może w określonych warunkach przez pewien czas, aby utrzymać to stężenie substancji, tj. Stężenie roztworu może być wyższe niż w nasyconym roztworze w danej temperaturze. Takie rozwiązania są nazywane ulepszony . Rozwiązania wybuchowe to niestabilne systemy. Wystarczy mieszać taki roztwór lub rzucić najmniejszą krystaliczną substancji rozpuszczonej (nasion), aby rozpocząć fazę stałą. Proces ten trwa, aż stężenie substancji osiągnie stężenie nasyconego roztworu w danej temperaturze. Możliwość istnienia roztworu przecięcia wynika z trudności centrów krystalizacji.

W roztworach elektrolitów, procesy jonizacji i stowarzyszenia występują ciągły. W tym przypadku utrzymuje się równowagę, skład roztworu jest utrzymywany przez stałą, ale proces dysocjacji elektrolitycznej nie zatrzymuje się. Jeśli wprowadzisz inną substancję do roztworu, jego jony mogą reagować z substancją pierwszą i utworzyć nową substancję, która nie została wprowadzona do roztworu. Na przykład, w oddzielnych roztworach chlorku baru i siarczanu sodu, ustalana jest równowaga:

w pierwszym rozwiązaniu: You1 2 ↔ VA 2+ + 2C1 -,

w drugim rozwiązaniu: Na2SO 4 ↔ 2NA + + SO 4 2-.

Oba te związki są solami i odnoszą się do silnych elektrolitów, tj. W rozcieńczonych roztworach, substancje te są głównie w postaci jonów. Jeśli te dwa rozwiązania łączą się, więc 4 jony spełni nie tylko jony sodu, ale także z jonami barów i przyjść do reakcji:

SO 4 2- + BA 2+ ↔ BASO 4.

Występuje tę reakcję, ponieważ siarczan baru jest związkiem o niskim rozpuszczalnym i spada do osadu. W roztworze, kationy sodowe i aniony chloru pozostaną w roztworze - ale osad nie jest utworzony, ponieważ chlorek sodu jest dobrze rozpuszczalny w wodzie.

Proces opadów występuje stopniowo. Pierwsze, bardzo małe kryształy są utworzone - zarodki, które stopniowo rosną do dużych kryształów lub grupę kryształów. Czas od momentu zmieszania rozwiązań przed formacją zarodków - małe kryształy okres wprowadzający . Czas trwania tego okresu zależy od poszczególnych właściwości osadu. Tak więc, w przypadku tworzenia chlorku srebrnego, ten czas jest bardzo mały, w przypadku tworzenia siarczanu baru, okres ten jest znacznie większy.

Należy przeprowadzić analizę chemiczną, tak że w miarę możliwości powstaje mniejsza liczba małych kryształów (zarodek), a następnie z uzależnieniem stopniowym, istniejące centra krystalizacji wzrośnie, tj. Duże kryształy będą rosnąć.

Rozpuszczalność materii - Wysokiej jakości i ilościowa zdolność substancji do utworzenia roztworu podczas mieszania z inną substancją (rozpuszczalnik).

Rozpuszczalność substancji określana jest przez stężenie roztworu nasyconego w tej temperaturze.

Kompozycja nasyconego roztworu może być wyrażona dowolną znaną metodą (frakcja masowa, stężenie molowe itp.). Częściej niż inne wartości s Współczynnik rozpuszczalności k S - stosunek masy bezwodnej substancji rozpuszczonej do masy rozpuszczalnikaNa przykład, przy współczynniku rozpuszczalności 20 0 s wynosi 0,316 dla KNO 3, co odpowiada 24,012% lub 2,759 m.

Rozpuszczalność jest często wyrażana przez ilość gramów substancji rozpuszczalnej w 100g rozpuszczalniku.

Przykład 2.1. Oblicz współczynnik rozpuszczalności You1 2 w wodzie w 0 ° C, jeśli w tej temperaturze 13,1g Rozwiązanie zawiera 3,1g You1 2.

Decyzja. Współczynnik rozpuszczalności wyraża masę substancji (g), która może być rozpuszczona w rozpuszczalniku 100G w danej temperaturze. Masowe rozwiązanie You1 2 13.1g. Dlatego w rozpuszczalniku 10G w 0 ° C zawiera 3,1G YOU1 2. Współczynnik rozpuszczalności You1 2 o 0 0 s to:

W przypadku rozpuszczenia substancji stałych lub ciekłych w cieczach rozpuszczalność wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, a do gazów - zmniejsza się. Ciśnienie ma duży wpływ na rozpuszczalność gazów.

Przez rozpuszczalność w T \u003d Const rozróżnia:

1) Substancje dobrze rozpuszczalne (formularz\u003e 0,1 m roztwory nasycone),

2) substancje o niskiej rozpuszczalnej (forma 0,1 - 0,001 m),

3) praktycznie nierozpuszczalne substancje (formularz<0,001М насыщенные растворы).

Na przykład MGCL 2 jest dobrze rozpuszczalną substancją (przy 20 ° C tworzy nasycony roztwór), MGCO3 jest substancją o niskiej rozpuszczalności (formularzy 0,02 m roztworu) i mg (OH) 2 - prawie nierozpuszczalna substancja (formularze 1.2 ∙ 10 -4 m roztwór).

Rozpuszczalność substancji zależy od jego charakteru i stanu kruszywa do rozpuszczania, a także o charakterze rozpuszczalnika i temperaturę wytwarzania roztworu oraz do gazów również nacisk.

Ilość odpuszczenia ciepła lub jest wchłaniana przez rozpuszczenie 1 substancji modlącej w takiej ilości rozpuszczalnika, którego dalszym dodaniem, którego nie powoduje już zmian w efekcie termicznym, nazywa się ciepłem rozpuszczania.

Podczas rozpuszczania soli w wodzie, znak i wielkość efektu termicznego rozpuszczania δ N. Określone przez dwie wartości: energia wydana na zniszczenie krystalicznie kratownicy substancji (Δ H. 1) - proces endotermiczny i energia przydzielana w interakcji fizykochemicznej cząstek rozpuszczalnej substancji z cząsteczkami wody (proces hydratacji) (Δ N. 2) - proces egzotermiczny. Efekt termiczny procesu rozpuszczania zależy od sumę algebraiczną skutków termicznych tych dwóch procesów:

∆N. = ∆H. 1 + ∆H. 2 .

Efekt termiczny procesu rozpuszczania może być zarówno pozytywny, jak i ujemny.

Praktycznie określenie ciepła rozpuszczania, określana jest ilość ciepła wchłoniętego lub przydzielona podczas rozpuszczania dowolnej ilości soli. Następnie wielkość jest ponownie obliczona o 1 mol, ponieważ ilość ciepła jest bezpośrednio proporcjonalna do ilości substancji rozpuszczonej.

W przypadku pomiarów termochemicznych używa się urządzenie o nazwie kalorymetru.

Określenie rozpuszczania ciepła prowadzi do zmiany temperatury roztworu, więc dokładność definicji zależy od ceny dzielenia (dokładności) używanego termometru. Zazwyczaj zakres mierzonych temperatur leży w zakresie 2-3 ° C, a cena dzielenia termometru nie jest większa niż 0,05 ° C.

POSTĘP

Aby wykonać pracę, użyj kalorymetru składającego się z korpusu izolacyjnego termicznego, obejmuje wbudowany mieszadło elektryczne i termometr, a także otwór z wtyczką.

Uzyskaj zadanie od nauczyciela: rodzaj rozpuszczalnej substancji.

Otwórz korek na pokrywę kalorymetru i napełnij go do 200 ml wody, zamknij korka i przytrzymaj 10-15 minut, aby ustalić stałą temperaturę ( t. Nach. ). W tym czasie, na skalach przy użyciu szkła przyczepnego lub godziny, zdobądź próbkę swojej substancji (1,5 - 2,0 g) zaprawy do zaprawy. Powstały zaczep, jeśli to możliwe, szybko, wklej przez otwór w pokrywie w kalorymetrze, gdy mieszadło jest włączone. Postępuj zgodnie z zmianą temperatury. Po ustaleniu równowagi termicznej (stabilizuje temperaturę), zapisz maksymalną temperaturę roztworu ( t. Mah) i oblicz δ t. = t. Max - t. Nach. W zależności od uzyskanych danych oblicz rozpuszczanie soli ciepła z równaniem:

∆N. Sol \u003d. p.M / m., J / mol, (1)

gdzie p. - wypuszczone ciepło (lub wchłaniane) w kalorymetrze (CJ); m. - strona soli (D); M jest masą molową substancji rozpuszczalnej (g / mol);

Ciepło p. Określony na podstawie danych eksperymentalnych ze stosunku:

P. = (m. Sztuka DO. st +. m. R-r. DO. p-ra) Δ t.,(2)

gdzie m. st - masa szkła (g); m. p-ra - masa roztworu, równa sumie masy wody i soli w szklance (g); Z St - specyficzna pojemność ciepła 0,753 j / g ∙ k;

Z Р-Р - specyficzna pojemność ciepła roztworu (woda) 4,184 j / g ∙ do.

Porównując wynik uzyskany za pomocą tabeli 2, oblicz błąd względnego doświadczenia (w%).

Sole nawodnienia ciepła i jego definicja

Proces fizykochemiczny interakcji cząstek rozpuszczonej substancji z cząsteczkami wody (rozpuszczalnik) nazywany jest nawodnieniem. W procesie nawodnienia powstają złożone struktury przestrzenne, zwane hydratami, a jednocześnie energia w postaci ciepła wyróżnia się w środowisku.

Efekt termiczny reakcji tworzenia 1 mola uwodnionych soli z soli bezwodnej nazywana jest ciepłem nawilżania.

Gdy sól bezwodna rozpuszczona w wodzie zdolna do tworzenia hydratów, dwa procesy są konsekwentnie kontynuowane: nawilżenie i rozpuszczenie formalnego krystalianu. Na przykład:

Cuso 4 (TV) + 5N 2 O (G) \u003d Cuso 4 × 5h 2 O (TV),

Cuso 4 × 5h 2 O (TV) + n.H2O (G) \u003d Cuso 4 (P),

Cuso 4 (P) + n.H2O (G) \u003d CU 2+ (P) + SO 4 2- (P)

Rozpuszczenie elektrolitów towarzyszy proces dysocjacji elektrolitycznej. Ciepło nawadniania cząsteczki jest równe sumie ciepła nawilżającego w tym samym czasie, biorąc pod uwagę ciepło dysocjacji. Proces hydratacji-egzotermiczny.

W przybliżeniu ciepło nawodnienia substancji można określić jako różnica między ciepłem rozpuszczającym sól bezwodną i jego krystaliczniehydrat:

∆H. Hydra \u003d δ. H. Wersje - Δ. H. Crist, (3)

gdzie δ. H. Hydra - nawodnienie ciepła cząsteczek;

∆H. Wersje - ciepła rozpuszczająca bezwodną sól;

∆H. Kryształ jest ciepłem rozpuszczania krystalizacji.

W ten sposób, aby określić ciepło nawadniania cząsteczek, konieczne jest wstępne określenie rozpuszczania ciepła z bezwodnej soli i ciepła rozpuszczania krystalianu tej soli.

POSTĘP

Ciepło rozpuszczania bezwodnego Cust0 4 siarczan miedzi i CUS0 4 × 5H 2 0 krystaliczny jest potrzebny przy użyciu kalorymetru laboratoryjnego i metody roboczej 1.

Aby dokładniej określić ciepło nawodnienia, konieczne jest uzyskanie próbek 10-15 g krystalicznej i bezwodnej soli siarczanu miedzi. Konieczne jest, aby wiedzieć, że bezwodna sól miedziana łatwo pochłania wodę z powietrza i przechodzi w stan uwodniony, tak bezwodnej soli należy odgrywać natychmiast przed doświadczeniem. Zgodnie z uzyskaną danymi konieczne jest obliczenie rozpuszczania ciepła z bezwodnej soli i krystaliczniehydratu, a następnie określa ciepło nawodnienia z stosunku (3). Oblicz względny błąd doświadczenia jako procentowy przy użyciu danych i tabeli danych 2.