Термодинамика процессов растворения

РАСТВОРЫ

 

 

Основные понятия учения о растворах

 

Растворы – это твердые или жидкие гомогенные системы переменного состава, состоящие из двух или более компонентов.

Любой раствор состоит из растворённого вещества и растворителя.

Растворитель – это компонент, который в растворе находится в том же агрегатном состоянии, что и до растворения. Например, в водном растворе глюкозы растворителем является вода, а глюкоза – растворённое вещество).

В растворах электролитов всегда электролиты считаются растворёнными веществами.

Классификация растворов.

I. По агрегатному состоянию различают газовые, жидкие и твёрдые растворы. Но обычно термин растворы относится к жидким системам.

II. В зависимости от молярной массы растворенного вещества различают растворы низкомолекулярных соединений и растворы высокомолекулярных соединений:

1) растворы низкомолекулярных соединений (НМС) – молярная масса менее 5000 г./моль;

По наличию или отсутствию электролитической диссоциации растворы НМС делят на 2 класса:

· растворы электролитов – это растворы веществ, которые диссоциируют на ионы – солей, кислот, оснований. Например, растворы NaCl, HCl, KOH.

· растворы неэлектролитов – это растворы веществ, которые практически не диссоциируют на ионы. Например, растворы глюкозы, сахарозы, мочевины.

2) растворы высокомолекулярных соединений (ВМС ) – молярная масса более 5000 г./моль.

Большинство ВМС – полимеры, макромолекулы которых состоят из большого числа повторяющихся мономерных звеньев.

Термодинамика процессов растворения

 

Растворение – это физико-химический процесс. При растворении идут как физические процессы (диффузия), так и химические (сольватация – образование химических связей между частицами растворяемого вещества и растворителя). Если растворителем является вода, то процесс называется гидратацией.

Согласно 2-му закону термодинамики при р=const и Т=const вещества самопроизвольно будут растворяться, если энергия Гиббса системы будет при этом понижаться, т.е. G = ( H – T S) < 0.

Величина H называется энтальпийным фактором растворения.

Величина T S называется энтропийным фактором растворения.

При растворении твердых и жидких веществ энтропия системы обычно возрастает ( S >0); при растворении газов энтропия системы обычно уменьшается ( S <0).

Энтальпия при растворении может как увеличиваться (NaCl), так и уменьшаться (KOH).

Таким образом, образование растворов (в отличие от механических смесей) сопровождается изменением энтальпии, энтропии и объёма системы.

 

Сильные электролиты. Активность

 

Ионная сила раствора.

Сильные электролиты в растворе практически полностью диссоциируют на ионы, т.е. истинное значение . Однако величина степени диссоциации, определяемая по физическим свойствам этих растворов (электропроводность, температура замерзания и т.д.) всегда меньше единицы. Кроме того, к растворам сильных электролитов неприменим закон действия масс в его обычной форме.

Наблюдаемые отклонения в свойствах растворов сильных электролитов связаны с сильным электростатическим взаимодействием ионов в растворе. Каждый ион окружён «ионной атмосферой» из ионов противоположного знака, которая влияет на его подвижность и вызывает отклонение свойств от ожидаемых величин.

Для характеристики растворов сильных электролитов вместо их истинной концентрации используют активность ( ), т.е. условную эффективную концентрацию в соответствии с которой они проявляют себя в химических и физических процессах.:

 

 

где  – коэффициент активности;

с – истинная концентрация.

Коэффициенты активности определяется экспериментально и приводится в таблицах. Для разбавленных растворов электролитов  не зависит от природы иона и может быть рассчитан по формуле:

 

 

где I – ионная сила раствора, которая определяется по формуле:

 

 

b (X) – моляльные концентрации ионов

z – заряды ионов.

Для предельно разбавленных растворов, в которых практически отсутствует взаимодействие между ионами,  = с,и

 

РАСТВОРЫ

 

 

Основные понятия учения о растворах

 

Растворы – это твердые или жидкие гомогенные системы переменного состава, состоящие из двух или более компонентов.

Любой раствор состоит из растворённого вещества и растворителя.

Растворитель – это компонент, который в растворе находится в том же агрегатном состоянии, что и до растворения. Например, в водном растворе глюкозы растворителем является вода, а глюкоза – растворённое вещество).

В растворах электролитов всегда электролиты считаются растворёнными веществами.

Классификация растворов.

I. По агрегатному состоянию различают газовые, жидкие и твёрдые растворы. Но обычно термин растворы относится к жидким системам.

II. В зависимости от молярной массы растворенного вещества различают растворы низкомолекулярных соединений и растворы высокомолекулярных соединений:

1) растворы низкомолекулярных соединений (НМС) – молярная масса менее 5000 г./моль;

По наличию или отсутствию электролитической диссоциации растворы НМС делят на 2 класса:

· растворы электролитов – это растворы веществ, которые диссоциируют на ионы – солей, кислот, оснований. Например, растворы NaCl, HCl, KOH.

· растворы неэлектролитов – это растворы веществ, которые практически не диссоциируют на ионы. Например, растворы глюкозы, сахарозы, мочевины.

2) растворы высокомолекулярных соединений (ВМС ) – молярная масса более 5000 г./моль.

Большинство ВМС – полимеры, макромолекулы которых состоят из большого числа повторяющихся мономерных звеньев.

Термодинамика процессов растворения

 

Растворение – это физико-химический процесс. При растворении идут как физические процессы (диффузия), так и химические (сольватация – образование химических связей между частицами растворяемого вещества и растворителя). Если растворителем является вода, то процесс называется гидратацией.

Согласно 2-му закону термодинамики при р=const и Т=const вещества самопроизвольно будут растворяться, если энергия Гиббса системы будет при этом понижаться, т.е. G = ( H – T S) < 0.

Величина H называется энтальпийным фактором растворения.

Величина T S называется энтропийным фактором растворения.

При растворении твердых и жидких веществ энтропия системы обычно возрастает ( S >0); при растворении газов энтропия системы обычно уменьшается ( S <0).

Энтальпия при растворении может как увеличиваться (NaCl), так и уменьшаться (KOH).

Таким образом, образование растворов (в отличие от механических смесей) сопровождается изменением энтальпии, энтропии и объёма системы.