Часть И. ОБЩАЯ
ХИМИЯ
Раздел 5. РОЗЧИНИ.ТЕОРІЯ
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ
§
5.3. Тепловые явления при растворении
Растворение веществ сопровождается
тепловым эффектом: выделением или поглощением теплоты - в зависимости от природы
вещества. Во время растворения в воде, например, гидроксида калия, серной
кислоты наблюдается сильное разогревание раствора, т.е. выделение теплоты, а
при растворении нитрата аммония - сильное охлаждение раствора, то есть поглощение
теплоты. В первом случае осуществляется экзотермический процесс (∆Н 0),
во втором - эндотермический (∆Н > 0). Теплота растворения ∆Н - это
количество теплоты, которое выделяется или поглощается при растворении 1 моль
вещества. Так, для гидроксида калия ∆Н° = -55,65 кДж/моль,
а для нитрата аммония ∆Н=
+26,48 кДж/моль.
В результате химического взаимодействия
растворенного вещества с растворителем образуются соединения, которые называются
сольватами (или гидратами, если растворителем является вода). Образование таких соединений
роднит растворы с химическими соединениями.
Великий русский химик Д.И.
Менделеев создал химическую теорию растворов, которую он обосновал многочисленными
экспериментальными данными, изложенными в его труде “Исследование водных
растворов по их удельному весу", опубликованной в 1887 г. “Растворы суть химические
соединения, определяемые силами, действующими между растворителем и растворенной
веществом”, - писал он. Теперь известна природа этих сил. Сольваты (гидраты)
образуются за счет донорно-акцепторного, ион-дипольного взаимодействия, за счет
водородных связей, а также взаимодействия дисперсной (в случае растворов родственных
веществ, например бензола и толуола). Особенно склонны к гидратации
(соединения с водой) ионы. Ионы присоединяют полярные молекулы воды, в результате
образуются гидратированные ионы (см. § 5.4); поэтому, например, в растворе ион
купруму(II) голубой, а в безводном сульфаті купруму он бесцветный. Многие из
таких соединений непрочны и легко разлагаются при выделении их в свободном состоянии,
однако в ряде случаев образуются прочные соединения, которые можно легко выделить из
раствора кристаллизацией. При этом выпадают кристаллы, содержащие молекулы воды.
Кристаллические вещества, содержащие
молекулы воды, называются кристалогідратами, а вода, входящая в состав
кристаллогидратов, называется кристалізаційною. Кристалогідратами есть много
природных минералов. Ряд веществ (в том числе и органические) добываются в
чистом виде только в форме кристаллогидратов. Д.И. Менделеев доказал существование
гидратов серной кислоты, а также ряда других веществ .
Следовательно, растворение - не только физический,
но и химический процесс. Растворы образуются путем взаимодействия частиц растворенного
вещества с частицами растворителя. Ученик Д.И. Менделеева Д.П. Коновалов всегда
подчеркивал, что между химическими соединениями и растворами нет границ.
Жидкие растворы занимают промежуточное
положение между химическими соединениями постоянного состава и механическими смесями. Как и
химические соединения, они однородны и характеризуются тепловыми явлениями, а также
концентрацией, что часто наблюдается - уменьшением объема при смешивании
жидкостей. С другой стороны, в отличие от химических соединений растворы не подлежат
закон постоянства состава. их, как и смеси, можно легко разделить на составляющие
части. Процесс растворение - это физико-химический процесс, а растворы -
физико-химические системы.
Большое внимание изучению растворов уделял
М.В. Ломоносов. Он провел исследование по установлению зависимости растворимости
веществ от температуры, изучал явления выделения и поглощения теплоты при
растворение и открыл охлаждающие смеси. М.В. Ломоносов впервые установил, что
растворы замерзают (кристаллизуются) при более низкой температуре, чем растворитель. Он
также дал молекулярно-кинетическое объяснение растворению, близкий к современному,
считая, что частицы вещества, растворились, равномерно распределяются среди
частиц растворителя.
1 В химических формулах и гидратов
кристаллогидратов формулу воды пишут отдельно (через точку), например H2SO4 ∙ Н2О, H2SO4 2Н2О, H2SO4 ∙ 4Н2О, Н2С2О4
∙ 2Н2O,
N2SO4 ∙ 10Н2О,
Al2 (S04)3 18Н2О и др.
Около 40 лет научной работы
посвятил изучению растворов Д.И. Менделеев. Его химическая теория растворов
оказалась исключительно плодотворной. На ее основе сформировались новые научные дисциплины -
такие, как физико-химический анализ, химия комплексных соединений, электрохимия
неводных растворов. Ныне эта теория общепризнана.
Значительный вклад в развитие химической
теории растворов внесли известные российские ученые Д.П. Коновалов, 1.0. Каблуков,
М.С. Курнаков.