Якими факторами визначається тепловий ефект процесу розчинення. Тепловий ефект розчинення (ентальпія розчинення)

Розчини - це однофазні системи змінного складу, що складаються з декількох компонентів, один з яких є розчинником, а інші - розчиненими речовинами. Те, що розчини однофазні системи, ріднить їх з хімічними сполуками, а то, що вони є системами змінного складу, зближує їх з механічними сумішами. Тому і вважають, що розчини мають подвійну природу: з одного боку, вони схожі з хімічними сполуками, а з іншого - з механічними сумішами.

Розчинення - це фізико-хімічний процес. При фізичному явищі руйнується кристалічна решітка і відбувається дифузія молекул розчиненої речовини. При хімічному явище в процесі розчинення молекули розчиненої речовини реагують з молекулами розчинника.

Процес розчинення супроводжується виділенням або поглинанням теплоти. Цю теплоту, віднесену до одного молю речовини, називають тепловим ефектом розчинення, Qp.

Загальний тепловий ефект розчинення залежить від теплових ефектів:
а) руйнування кристалічної решітки (процес завжди йде з витратою енергії - Q 1);
б) дифузії розчиненої речовини в розчиннику (витрата енергії - Q 2);
в) гідратації (виділення теплоти, + Q 3, так як гідрати утворюються за рахунок виникнення нестійкою хімічного зв'язку, що завжди супроводжується виділенням енергії).

Загальний тепловий ефект розчинення Qp буде дорівнює сумі названих теплових ефектів: Qp \u003d (-Q 1) + (- Q 2) + (+ Q 3); якщо Q 1\u003e Q 3\u003e то розчинення йде з поглинанням теплоти, тобто процес ендотермічний, якщо 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.

Завдання. Чому при розчиненні у воді хлориду натрію температура розчину знижується, а при розчиненні сірчаної кислоти - підвищується?

Відповідь. При розчиненні хлориду натрію йде руйнування кристалічної решітки, що супроводжується витратою енергії. На процес дифузії витрачається незначна кількість енергії. Гідратація іонів завжди супроводжується виділенням енергії. Отже, якщо в процесі розчинення знижується температура, то енергія, необхідна для руйнування кристалічної решітки, виявляється більшою, ніж енергія, що виділяється при гідратації, і в цілому розчин охолоджується.

Тепловий ефект розчинення сірчаної кислоти полягає, головним чином, з теплоти гідратації іонів, тому розчин розігрівається.

розчинність речовини - це його здатність розподілятися в середовищі розчинника. Розчинність (або коефіцієнт розчинності) визначається максимальною кількістю грамів речовини, яке може розчинитися в 100 грамах розчинника при даній температурі.

Розчинність більшості твердих речовин збільшується з нагріванням. Є винятки, тобто такі речовини, розчинність яких зі збільшенням температури мало змінюється (NaCl) або навіть падає (Са (ОН) 2).

Розчинність газів у воді падає з нагріванням і збільшується з підвищенням тиску.

Розчинність речовин пов'язана з природою розчиненої речовини. Полярні і іонні сполуки, як правило, добре розчиняються в полярних розчинниках, а неполярні сполуки - в неполярних розчинниках. Так, хлороводень і аміак добре розчиняються у воді, тоді як водень, хлор, азот розчиняються у воді значно гірше.

Розчинення - фізико-хімічний процес, що веде до утворення гомогенної системи. Теплові ефекти, що супроводжують його, є наслідком найрізноманітніших причин. Розглянемо кілька прикладів:

А) Процес розчинення у воді рідин може супроводжуватися такими явищами, як дисоціація полярних молекул з утворенням іонів, виникненням водневих зв'язків між полярними молекулами води і молекулами речовин, що містять елементи з високою електронегативність, гидратацией хімічних часток, і т.д.

З 2 Н 5 ОН - Н 2 О

Ця система відповідає освіті ідеальних розчинів в широкому діапазоні концентрацій. Процес розчинення повинен супроводжуватися утворенням водневих зв'язків, отже, є енергетично вигідним, тобто володіє позитивним тепловим ефектом.

СН3СООН - Н 2 О

Оцтова кислота є слабкою одноосновної кислотою До д \u003d 1,8 10 -5, отже, при розчиненні у воді якась частина енергії буде витрачена на дисоціацію молекул (негативний тепловий ефект), а частина енергії, навпаки, буде виділятися у вигляді теплоти при гідратації іонів. Сумарний ефект буде залежати від співвідношення цих величин.

Б) Процес розчинення твердих речовин у воді залежить від типу кристалічної решітки останніх. Як правило, розчинення іонних кристалів пов'язане з двома протилежними ефектами: позитивною величиною енергії гідратації іонів і негативною - руйнування кристалічної решітки. У молекулярних кристалів перша складова практично відсутня. При зливанні розбавлених розчинів солей сильних електролітів теплового ефекту не спостерігається. Якщо ж при цьому утворюється осад, спостерігається тепловий ефект осадження.

Інтегральна теплота розчинення це кількість теплоти, що поглинається або виділяється при розчиненні 1 моль речовини в дуже великому (300 моль / моль речовини) кількості розчинника.

Приклад розрахункової задачі:

Обчислити інтегральну теплоту розчинення хлориду амонію, якщо при розчиненні 1,473 г солі в 528,5 г води температура знизилася на 0,174 про С. Масова теплоємність розчину 4,109 Дж / г. К. Теплоємність калориметра 181,4 Дж / м К

Рішення:Інтегральну теплоту розчинення можна розрахувати за формулою:

Q \u003d (C калорій. + З р-ра. M) × Т / n,

де С - теплоємність, n - кількість розчиненої речовини: n \u003d m / M

m (розчину) \u003d 528,5 +1,473 \u003d 530 г,

Т \u003d -0,174 ° С,

Q \u003d (4,109 × 530 + 181,4) × (-0,174) × 53,5 / 1,473 × 1000 \u003d -15,11 кДж / моль З курсу хімічної термодинаміки відомо, що мірою теплового ефекту хімічного процесу при изобарном процесі (сталість тиску в системі) є функція стану - ентальпія

? Н \u003d Н кін. - Н нач. Тепловий ефект при цьому дорівнює по абсолютній величині ентальпії, але протилежний їй за знаком. Екзотермічний процес, що супроводжується виділенням тепла, відповідає -ΔН, а ендотермічний, що супроводжується поглинанням тепла, відповідає + ΔН.Такім чином, у розглянутій вище задачі процес розчинення хлориду амонію - ендотермічний,? Н \u003d 15,11 кДж / моль.

Розчином називають гомогенну систему, що складається з двох або більшого числа компонентів. При переході речовини в розчин відбувається розрив міжмолекулярних і іонних зв'язків кристалічної решітки твердого речовини і перехід його в розчин у вигляді окремих молекул або іонів, які рівномірно розподіляються серед молекул розчинника.

Для руйнування кристалічної решітки речовини необхідно затратити велику енергію. Ця енергія звільняється в результаті гідратації (сольватації) іонів і молекул, т. Е. Хімічної взаємодії речовини, що розчиняється з водою (або взагалі з розчинником).

Значить, розчинність речовини залежить від різниці величин енергії гідратації (сольватації) і енергії кристалічної решітки речовини.

енергія розчинення ? Н раст - енергія, що поглинається (або виділяється) при розчиненні 1 моль речовини в такому обсязі розчинника, подальше поповнення якого не викликає зміни теплового ефекту.

Загальний тепловий ефект розчинення залежить від теплових ефектів:

· А) руйнування кристалічної решітки (процес завжди йде з витратою енергії? Н 1\u003e 0);

· Б) дифузії розчиненої речовини в розчиннику (витрата енергії? Н 2\u003e 0);

· В) сольватації (гідратації) (виділення теплоти,? Н 3<0, так как между растворителем и растворенным веществом образуются непрочные химические связи, что всегда сопровождается выделением энергии).

Загальний тепловий ефект розчинення? Н p буде дорівнювати сумі названих теплових ефектів

Енергія розчинення визначається за формулою 1.1:

? Н pac т \u003d? Н до p. р. +? Н c, (1.1)

де? Н раст - енергія розчинення речовини, кДж / моль;

? Н c - енергія взаємодії розчинника з розчиняють

речовиною (енергія сольватації), кДж / моль;

? Н до p р.н.. - енергія руйнування кристалічної решітки,

кДж / моль.

Якщо енергія руйнування кристалічної решітки більше енергії сольватації, то процес розчинення буде ендотермічним процесом, оскільки енергія, витрачена на руйнування кристалічної структури, які не буде скомпенсирована енергією, що виділяється при сольватації.

Якщо енергія руйнування кристалічної решітки менше енергії сольватації, то процес розчинення буде екзотермічним процесом, оскільки енергія витрачена на руйнування кристалічної структури повністю компенсується енергією, що виділяється при сольватації. Отже, в залежності від співвідношення між енергією руйнування кристалічної решітки розчиненої речовини і енергією взаємодії розчиненої речовини з розчинником (сольватация) енергія розчинення може бути як позитивною, так і негативною величиною.

Так, при розчиненні у воді хлориду натрію температура практично не змінюється, при розчиненні нітрату калію або амонію температура різко знижується, а при розчиненні гідроксиду калію або сірчаної кислоти температура розчину різко підвищується.

Розчинення твердих речовин у воді частіше буває процесом ендотермічним, так як у багатьох випадках при гідратації виділяється теплоти менше, ніж витрачається на руйнування кристалічної решітки.

Енергію кристалічної решітки можна розрахувати теоретично. Однак для теоретичного розрахунку енергії сольватації досі немає надійних методів.

Існують деякі закономірності, які пов'язують розчинність речовин з їх складом.

Для солей одного і того ж аніону з різними катіонами (або навпаки) розчинність буде найменшою в тому випадку, коли сіль утворена іонами однакового заряду і приблизно однакового розміру, тому що в цьому випадку енергія іонної кристалічної решітки максимальна.

Наприклад, розчинність сульфатів елементів другої групи періодичної системи зменшується по підгрупі зверху вниз (від магнію до барію). Це пояснюється тим, що іони барію і сульфату за розмірами найбільше підходять один до одного. У той час як катіони кальцію і магнію набагато менше аніонів SO 4 2-.

Розчинність гідроксидів цих елементів, навпаки, збільшується від магнію до барію, тому що радіуси катіонів магнію та аніонів гідроксиду практично однакові, а катіони барію за розміром дуже відрізняються від невеликих аніонів гідроксилу.

Однак бувають винятки, наприклад, для оксалатів і карбонатів кальцію, стронцію, барію та ін.

1) використовуючи зміна температури при розчиненні.

Кількість енергії, що виділяється при нагріванні або охолодженні тіла розраховується за рівнянням (1.2):

, (1.2)

де? Н розчин. - енергія розчинення речовини, кДж / моль;

з А - питома теплоємність речовини А, Дж / (г ∙ К);

m 1 - маса речовини А, г;

Т - зміна температури, град.

ПРИКЛАД 1.1 При розчиненні 8г хлориду амонію в 291г води температура знизилася на 2 0. Обчисліть теплоту розчинення NH 4 C1 в воді, приймаючи питому теплоємність отриманого розчину дорівнює теплоємності води 4,1870 Дж / (г * К).

Рішення:

Використовуючи рівняння (1.2), розрахуємо енергію, що поглинається 291 г води при розчиненні 8г NH 4 C1, тому що при цьому температура зменшується на 2 0 С, то:? Н розчин. \u003d - (4,187 ∙ 291 ∙ (-2)) \u003d 2436,8 Дж.

Для визначення ентальпії розчинення NH 4 C1 складаємо пропорцію, М (NH 4 C1) \u003d 53,49 г / моль:

8г NH 4 Cl - 2436,8 Дж

53,49г NH 4 C1 - х Дж

х \u003d 1629,3Дж \u003d 16,3кДж. Отже, розчинення NH 4 C1 супроводжується поглинанням тепла.

2) використовуючи наслідок із закону Гесса: тепловий ефект хімічної реакції (? Н 0 х.р.) дорівнює сумі теплот (ентальпій) утворення продуктів реакції (ΔH 0 o 6р.. npo д.) мінус сума теплот (ентальпій) утворення вихідних речовин (? Н 0 обр. вих.) з урахуванням коефіцієнтів перед формулами цих речовин в рівнянні реакції.

? Н 0 х.р.= ΣΔН 0 обр.прод - Σ? Н 0 обр.ісх, (1.3)

ПРИКЛАД 1.2 Розрахуйте тепловий ефект реакції розчинення алюмінію в розведеної соляної кислоти, якщо стандартні теплоти утворення реагуючих речовин дорівнюють (кДж / моль):? Н 0 (НС1) (aq) \u003d - 167,5; ? Н 0 А1С1 3 (а q) \u003d -672,3.

Рішення: Реакція розчинення А1 в соляній кислоті протікає по рівнянню 2А1 + 6НС1 (aq) \u003d 2AlCl 3 (aq) + 3H 2. Оскільки алюміній і водень є простими речовинами, то для них? Н 0 \u003d 0 кДж / моль, то тепловий ефект реакції розчинення дорівнює:

? Н 0 298 \u003d 2 ∙? Н 0 А1С1 3 (а q) -6 ∙? Н 0 НС1 (aq)

? Н 0 298 \u003d 2 ∙ (-672,3) -6 ∙ (-167,56) \u003d - 339,2кДж.

Використовуючи наслідок із закону Гесса можна визначити можливість протікання реакції розчинення. В цьому випадку необхідно розрахувати енергію Гіббса.

ПРИКЛАД 1.3 Чи буде розчинятися сульфід міді в розведеної сірчаної кислоти, якщо енергія Гіббса реагентів дорівнює (кДж / моль): ΔG 0 (CuS (к)) \u003d -48,95; ΔG 0 (H 2 SО 4 (aq)) \u003d - 742,5; ΔG 0 (CuSО 4 (aq)) \u003d -677,5, ΔG 0 (Н 2 S (г)) \u003d -33,02.

Рішення. Для відповіді необхідно підрахувати ΔG 0 298 реакції розчинення. Можлива реакція розчинення CuS в розведеної H 2 SO 4 протікає по рівнянню:

CuS (к) + H 2 SО 4 (aq) \u003d CuSО 4 (aq) + H 2 S (г)

ΔG 0 298 \u003d ΔG 0 (CuSО 4 (aq)) + ΔG 0 (Н 2 S (г)) -ΔG 0 (CuS (K)) -ΔG 0 (H 2 SО 4 (aq))

ΔG 0 298 \u003d -677,5-33,02 + 742,5 + 48,95 \u003d 80,93 кДж / моль.

Так як ΔG\u003e 0, реакція неможлива, т. Е. CuS НЕ буде розчинятися в розведеної H 2 SO 4.

Теплота гідратації? Н 0 гідрат. - теплота, що виділяється при взаємодії 1 моль речовини, що розчиняється з розчинником - водою.

ПРИКЛАД 1.4. При розчиненні 52,06г ВаС1 2 в 400 моль Н 2 О виділяється 2,16 кДж теплоти, а при розчиненні 1 моль ВаС1 2 ∙ 2Н 2 О в 400 моль Н 2 О поглинається 18,49 кДж теплоти. Обчисліть теплоту гідратації безводного ВаС1 2,

Рішення. Процес розчинення безводного ВаС1 2 можна представити таким чином:

а) гідратація безводної солі ВаС1 2

ВаС1 2 + 2Н 2 О \u003d ВаС1 2 ∙ 2Н 2 О; ? Н гідр.<0

б) розчинення утворився гідрату

BaCl 2 ∙ 2H 2 О + aq * → ВаС1 2 ∙ 2Н 2 О (aq); ? Н раст. \u003e 0

Кількість теплоти? Н 0, яке вирізняється при розчиненні безводного ВаС1 2, так само сумі алгебри теплових ефектів цих двох процесів:

? Н 0 \u003d\u003d? Н 0 гідр +? Н 0 розчин; ? Н 0 гідр \u003d? Н 0 -? Н 0 розчин

Для обчислення теплоти гідратації безводного хлориду барію треба визначити теплоту розчинення ВаС1 2 для тих же умов, що і для ВаС1 2 ∙ 2Н 2 О, т. Е. Для 1 моль ВаС1 2 (розчин в обох випадках повинен мати однакову концентрацію); M (BaCl 2) \u003d 208,25 г / моль

52,06г ВаС1 2 - 2,16кДж

208,25г ВаС1 2 - х кДж

х \u003d 8,64 кДж / моль. Отже,? Н розчин \u003d -8,64 кДж / моль.

Тоді? Н гідр \u003d 18,49 + 8,64 \u003d 27,13 кДж / моль.

Загальний тепловий ефект розчинення залежить від теплових ефектів:

· А) руйнування кристалічної решітки (процес завжди йде з витратою енергії? Н 1\u003e 0);

· Б) дифузії розчиненої речовини в розчиннику (витрата енергії? Н 2\u003e 0);

Загальний тепловий ефект розчинення? Н p буде дорівнювати сумі названих теплових ефектів

Енергія розчинення визначається за формулою 1.1:

? Н pac т \u003d? Н до p. р. +? Н c, (1.1)

де? Н раст - енергія розчинення речовини, кДж / моль;

? Н c - енергія взаємодії розчинника з розчиняють

речовиною (енергія сольватації), кДж / моль;

? Н до p р.н.. - енергія руйнування кристалічної решітки,

кДж / моль.

Існують деякі закономірності, які пов'язують розчинність речовин з їх складом.

Однак бувають винятки, наприклад, для оксалатів і карбонатів кальцію, стронцію, барію та ін.

1) використовуючи зміна температури при розчиненні.

Кількість енергії, що виділяється при нагріванні або охолодженні тіла розраховується за рівнянням (1.2):

, (1.2)

де? Н розчин. - енергія розчинення речовини, кДж / моль;

з А - питома теплоємність речовини А, Дж / (г ∙ К);

m 1 - маса речовини А, г;

Т - зміна температури, град.

Рішення:

Для визначення ентальпії розчинення NH 4 C1 складаємо пропорцію, М (NH 4 C1) \u003d 53,49 г / моль:

8г NH 4 Cl - 2436,8 Дж

53,49г NH 4 C1 - х Дж

х \u003d 1629,3Дж \u003d 16,3кДж. Отже, розчинення NH 4 C1 супроводжується поглинанням тепла.

? Н 0 х.р.= ΣΔН 0 обр.прод - Σ? Н 0 обр.ісх, (1.3)

? Н 0 298 \u003d 2 ∙? Н 0 А1С1 3 (а q) -6 ∙? Н 0 НС1 (aq)

? Н 0 298 \u003d 2 ∙ (-672,3) -6 ∙ (-167,56) \u003d - 339,2кДж.

CuS (к) + H 2 SО 4 (aq) \u003d CuSО 4 (aq) + H 2 S (г)

ΔG 0 298 \u003d ΔG 0 (CuSО 4 (aq)) + ΔG 0 (Н 2 S (г)) -ΔG 0 (CuS (K)) -ΔG 0 (H 2 SО 4 (aq))

ΔG 0 298 \u003d -677,5-33,02 + 742,5 + 48,95 \u003d 80,93 кДж / моль.

Так як ΔG\u003e 0, реакція неможлива, т. Е. CuS НЕ буде розчинятися в розведеної H 2 SO 4.

Рішення. Процес розчинення безводного ВаС1 2 можна представити таким чином:

а) гідратація безводної солі ВаС1 2

ВаС1 2 + 2Н 2 О \u003d ВаС1 2 ∙ 2Н 2 О; ? Н гідр.<0

б) розчинення утворився гідрату

BaCl 2 ∙ 2H 2 О + aq * → ВаС1 2 ∙ 2Н 2 О (aq); ? Н раст. \u003e 0

? Н 0 \u003d\u003d? Н 0 гідр +? Н 0 розчин; ? Н 0 гідр \u003d? Н 0 -? Н 0 розчин

52,06г ВаС1 2 - 2,16кДж

208,25г ВаС1 2 - х кДж

х \u003d 8,64 кДж / моль. Отже,? Н розчин \u003d -8,64 кДж / моль.

Тоді? Н гідр \u003d 18,49 + 8,64 \u003d 27,13 кДж / моль.

РОЗЧИННІСТЬ

Найпоширеніший рідкий розчинник - вода. Вона володіє найбільш розчинну і дисоціює здатністю. Для води температура розчинення обмежується інтервалом 0-100 0 С.

Більшість розчиняються у воді речовин є твердими.

Процес розчинення речовини супроводжується дифузією, тобто переміщенням молекул з областей більш концентрованого розчину в області з меншою його концентрацією. Іншими словами, речовина при розчиненні рівномірно розподіляється по всій масі розчинника.

Процес розчинення відбувається до тих пір, поки концентрація даної речовини в розчині не доходить до певного значення, при якому настає стан рівноваги:

тверда фаза розчин

Здатність твердої речовини переходити в розчин не безмежна. При введенні в стакан з водою (Т \u003d const) перші порції речовини повністю розчиняються, і утворюється ненасиченийрозчин. У цьому розчині можливо розчинення наступних порцій до тих пір, поки речовина не перестане переходити в розчин і частина його залишиться у вигляді осаду на дні чарки.

Розчинення є двонаправленим процесом: тверда речовина переходить в розчин, а розчинена речовина в свою чергу переходить в тверду фазу. Якщо кількість речовини, що переходить в розчин за одиницю часу, дорівнює кількості речовини, що виділяється за той же час в тверду фазу, то це означає, що відбулося насичення розчину. Утворений при цьому розчин називається насиченим розчином . Збільшення концентрації розчину уповільнює встановлення рівноваги.

Між речовиною в насиченому розчині і речовиною в осаді встановлюється стан гетерогенного рівноваги. Частинки розчиненої речовини переходять через поверхню розділу їх рідкої фази (розчину) в тверду фазу (осад) і назад, тому склад насиченого розчину залишається постійним при деякій фіксованій температурі. Насичені розчини є стабільними системами, т. Е. Вони можуть існувати при даній температурі без зміни концентрації як завгодно довго.

Зі зміною температури змінюється і концентрація насиченого розчину. При зниженні температури розчин може в певних умовах деякий час зберігати цю концентрацію речовини, т. Е. Концентрація розчину може виявитися вище, ніж в насиченому розчині при даній температурі. Такі розчини називають пересиченими . Пересичені розчини є нестабільними системами. Досить перемішати такий розчин або кинути найменший кристалик розчиненої речовини (затравки), щоб почала виділятися тверда фаза. Цей процес триває до тих пір, поки концентрація речовини не досягне концентрації насиченого розчину при даній температурі. Можливість існування пересичені розчину пояснюється труднощами виникнення центрів кристалізації.

У розчинах електролітів безперервно відбуваються процеси іонізації і асоціації. При цьому підтримується рівновагу, зберігається постійним склад розчину, але процес електролітичноїдисоціації не припиняється. Якщо ж в розчин ввести деяке інше речовина, то його іони можуть вступити в реакцію з першим речовиною і утворити нову речовину, яка не вводилося в розчин. Наприклад, в окремо приготовлених розчинах хлориду барію і сульфату натрію встановлюється рівновага:

в першому розчині: ВаС1 2 ↔ Ва 2 + 2С1 -,

у другому розчині: Na 2 SО 4 ↔ 2Na + + SO 4 2-.

Обидва ці сполуки являють собою солі і відносяться до сильних електролітів, т. Е. В розведених розчинах ці речовини знаходяться переважно у вигляді іонів. Якщо злити ці два розчини, то іони SО 4 2- зустрінуться не лише з іонами натрію, але і з іонами барію і вступлять з ними в реакцію:

SO 4 2+ Ba 2+ ↔ BaSО 4.

Ця реакція відбувається, так як сульфат барію є малорозчинний з'єднань і випадає в осад. У розчині залишаться катіони натрію і аніони хлору, - але осаду не утворюється, тому що хлорид натрію добре розчинний у воді.

Процес осадження відбувається поступово. Спочатку утворюються дуже дрібні кристали - зародки, які поступово виростають в кристали великого розміру або групу кристалів. Час з моменту змішування розчинів до освіти зародків - дрібних кристалів називають індукційним періодом . Тривалість цього періоду залежить від індивідуальних властивостей осаду. Так, в разі утворення хлориду срібла цей час дуже мало, в разі утворення сульфату барію цей період значно більше.

Осадження в хімічному аналізі слід проводити так, щоб утворювалося по можливості меншу кількість дрібних кристалів (зародків), тоді при поступовому збільшенні осадителя будуть наростати наявні центри кристалізації, т. Е. Зростатимуть великі кристали.

розчинність речовини - якісна і кількісна здатність речовини утворювати розчин при змішуванні з іншою речовиною (розчинником).

Розчинність речовин визначається концентрацією насиченого при даній температурі розчину.

Склад насиченого розчину може бути виражений будь-яким відомим способом (масова частка, молярна концентрація і ін.). Частіше за інших величин застосовують коефіцієнт розчинності k s - відношення маси безводного розчиненої речовини до маси розчинника, Наприклад, при 20 0 С коефіцієнт розчинності дорівнює 0,316 для KNО 3, що відповідає 24,012% -ному або 2,759М розчину.

Розчинність часто висловлюють кількістю грамів речовини, що розчиняється в 100г розчинника.

ПРИКЛАД 2.1 Розрахуйте коефіцієнт розчинності ВаС1 2 в воді при 0 0 С, якщо при цій температурі в 13,1г розчину міститься 3,1г ВаС1 2.

Рішення. Коефіцієнт розчинності висловлюють масою речовини (г), яке можна розчинити в 100г розчинника при даній температурі. Маса розчину ВаС1 2 13,1г. Отже, в 10г розчинника при 0 0 С міститься 3,1г ВаС1 2. Коефіцієнт розчинності ВаС1 2 при 0 0 С дорівнює:

У разі розчинення твердих або рідких речовин в рідинах розчинність зростає з підвищенням температури, а для газів - зменшується. На розчинність газів великий вплив чинить тиск.

За розчинності при Т \u003d const розрізняють:

1) добре розчинні речовини (утворюють\u003e 0,1 насичені розчини),

2) малорозчинні речовини (утворюють 0,1 - 0,001 насичені розчини),

3) практично нерозчинні речовини (утворюють<0,001М насыщенные растворы).

Наприклад, MgCl 2 - добре розчинний у воді речовина (при 20 0 С утворює 5,75М насичений розчин), MgCО 3 - малорастворимое речовина (утворює 0,02М розчин) і Mg (OH) 2 - практично нерозчинний речовина (утворює 1,2 ∙ 10 -4 М розчин).

Розчинність речовини залежить від його природи і агрегатного стану до розчинення, а також від природи розчинника і температури приготування розчину, а для газів також і від тиску.

Кількість тепла, яке виділяється або поглинається при розчиненні 1 моля речовини в такій кількості розчинника, подальше поповнення якого вже не викликає зміни теплового ефекту, називається теплотою розчинення.

При розчиненні солей у воді знак і величина теплового ефекту розчинення Δ Н визначається двома величинами: енергією, що витрачається на руйнування кристалічної решітки речовини (Δ H 1) - ендотермічний процес, і енергією, що виділяється при фізико-хімічній взаємодії частинок речовини, що розчиняється з молекулами води (процес гідратації) (Δ Н 2) - екзотермічний процес. Тепловий ефект процесу розчинення визначається алгебраїчною сумою теплових ефектів цих двох процесів:

∆Н = ∆H 1 + ∆H 2 .

Тепловий ефект процесу розчинення може бути як позитивним, так і негативним.

Для практичного визначення теплот розчинення зазвичай визначають кількість тепла, що поглинається або виділяється при розчиненні довільної кількості солі. Потім цю величину перераховують на 1 моль, так як кількість тепла прямо пропорційно кількості розчиненої речовини.

Для термохімічних вимірювань використовують прилад, званий калориметром.

Визначення теплоти розчинення ведуть по зміні температури розчину, тому точність визначення залежить від ціни поділки (точності) використовуваного термометра. Зазвичай діапазон вимірюваних температур лежить в інтервалі 2-3 ° С, а ціна поділки термометра не більше ніж 0,05 ° С.

ХІД РОБОТИ

Для виконання роботи використовуйте калориметр, що складається з теплоізоляційного корпусу, кришки з вбудованими електричної мішалкою і термометром, а також отвором з пробкою.

Отримайте у викладача завдання: тип речовини, що розчиняється.

Відкрийте пробку на кришці калориметр і залийте в нього 200 мл води, закрийте пробку і витримайте 10-15 хвилин для встановлення постійної температури ( t нач ). За цей час на вагах, використовуючи кальку або годинне скло, отримаєте навішення вашого речовини (1,5 - 2,0 г) попередньо ретельно розтертого в ступці. Отриману навішення, по можливості швидко, через отвір в кришці помістіть в калориметр при включеній мішалці. Слідкуйте за зміною температури. Після встановлення теплової рівноваги (температура стабілізується) запишіть максимальну температуру розчину ( t maх) і розрахуйте Δ t = t max - t поч. За отриманими даними розрахуйте теплоту розчинення солі, використовуючи рівняння:

∆Н розчин \u003d qM / m, Дж / моль, (1)

де q - теплота, що виділилася (або поглинути) в калориметр (кДж); m - навішування солі (г); М - молярна маса речовини, що розчиняється (г / моль);

теплота q визначається на підставі експериментальних даних зі співвідношення:

q = (m ст C ст + m р-ра C р-ра) Δ t,(2)

де m ст - маса склянки (г); m р-ра - маса розчину, що дорівнює сумі мас води і солі в склянці (г); З ст - питома теплоємність скла 0,753 Дж / г ∙ К;

З р-ра - питома теплоємність розчину (води) 4,184 Дж / г ∙ К.

Порівнявши отриманий результат з даними табл.2, розрахуйте відносну похибку досліду (в%).

Теплота гідратації солі і її визначення

Фізико-хімічний процес взаємодії частинок розчиненої речовини з молекулами води (розчинника) називається гідратацією. В процесі гідратації утворюються складні просторові структури, звані гідратами, і при цьому в навколишнє середовище виділяється енергія у вигляді тепла.

Тепловий ефект реакції утворення 1 моль гидратированной солі з безводної солі називається теплотою гідратації.

При розчиненні в воді безводної солі, здатної утворювати гідрати, послідовно протікають два процеси: гідратація і розчинення утворився кристаллогидрата. наприклад:

CuSO 4 (тв) + 5Н 2 О (ж) \u003d CuSO 4 × 5H 2 О (тв),

CuSO 4 × 5H 2 О (тв) + nH 2 O (ж) \u003d CuSO 4 (р),

CuSO 4 (р) + nH 2 O (ж) \u003d Cu 2+ (р) + SO 4 2- (р)

Розчинення електролітів супроводжується процесом електролітичноїдисоціації. Теплота гідратації молекули дорівнює сумі теплот гідратації утворилися при цьому іонів з урахуванням теплоти дисоціації. Процес гідратації-екзотермічний.

Наближено теплота гідратації речовини може бути визначена як різниця між теплотамі розчинення безводної солі і її кристаллогидрата:

∆H гідр \u003d Δ H безв - Δ H крист, (3)

де Δ H гідр - теплота гідратації молекул;

∆H безв - теплота розчинення безводної солі;

∆H крист - теплота розчинення кристалогідрату.

Таким чином, для визначення теплоти гідратації молекул необхідно попередньо визначити теплоту розчинення безводної солі і теплоту розчинення кристалогідрату цієї солі.

ХІД РОБОТИ

Теплоту розчинення безводного сульфату міді CuS0 4 і кристаллогидрата CuS0 4 × 5H 2 0 необхідно визначити, використовуючи лабораторний калориметр і методику проведення роботи 1.

Для більш точного визначення теплоти гідратації необхідно отримати навішування по 10-15 г кристалогідрату і безводної солі сульфату міді. Необхідно знати, що безводна сіль міді легко поглинає воду з повітря і переходить в гідратована стан, тому безводну сіль необхідно зважувати безпосередньо перед досвідом. За отриманими даними необхідно розрахувати теплоти розчинення безводної солі і кристалогідрату, а потім зі співвідношення (3) визначити теплоту гідратації. Розрахуйте відносну похибку досліду в процентах, використовуючи отримані дані і дані табл.2.