Процесс растворения, его физико-химический смысл. Понятие о кристаллогидраты

Рассмотрим процесс растворения веществ.

Например, если мы добавляем в чай сахар, то можем наблюдать, как количество твердого вещества постепенно уменьшается. Если чай холодный, то сахар растворяется медленно. Наоборот, если чай горячий и размешивается ложечкой, то растворение происходит быстро. Попадая в воду, молекулы сахара, которые находятся на поверхности кристаллов сахарного песка, образуют связи с молекулами воды. При этом с одной молекулой сахара связывается несколько молекул воды. Тепловое движение молекул воды заставляет связанные с ними молекулы сахара отрываться от кристалла и переходить в толщу молекул растворителя. Молекулы сахара, которые перешли из кристалла в раствор, могут передвигаться по всему объему раствора вместе с молекулами воды благодаря диффузии. Если раствор нагреть или перемешивать, то диффузия происходит интенсивнее и растворения сахара проходит быстрее. Молекулы сахара распределяются равномерно, и раствор становится одинаково сладким по всему объему.

Вещества при растворении не меняются, после выпаривания растворов мы можем получить растворенное вещество в твердом состоянии. При растворении разрушается кристаллическая решетка растворенного вещества и ее частицы перемещаются в растворе, следовательно, растворение это физический процесс. Для осуществления такого процесса необходимо потратить энергию.

Но когда молекулы растворенного вещества связываются с молекулами воды, то фактически образуются новые химические соединения. Эти молекулярные ассоциаты не имеют постоянного состава. Их общее название - гидраты. Процесс связывания веществ с водой называется гидратацией. При выпаривании растворов происходит разрушение гидратов и образования кристаллического вещества. Однако некоторые вещества способны образовывать устойчивые гидраты, которые могут содержать воду даже в кристаллическом состоянии. Такие вещества называются кристалогідратами. Их можно выделить из раствора, осторожно путем выпаривания воду. В формулах следующих веществ кристаллизационная вода указывается после соединения формулы со знаком умножения. Например: CuSO₄ · 5H₂O - медный купорос, FeSO₄ · 7H₂O - железный купорос. Образование гидратов, то есть новых веществ, свидетельствует, что растворение - химический процесс.

Разобраться в сущности процесса растворения помогает изучение тепловых явлений, происходящих при этом. Известно, что одним из признаков химических реакций является выделение теплоты, а для физических явлений необходимо тратить энергию. Растворение серной кислоты сопровождается сильным разогревом раствора. Это результат химического взаимодействия между молекулами воды и растворенного вещества - гидратация сопровождается выделением энергии. А растворение нитрата аммония сопровождается охлаждением раствора. В этом случае на физический процесс разрушения кристаллической решетки тратится больше энергии, чем образуется при получении гидратов.

Приведенные факты говорят о том, что растворение следует считать физико-химическим процессом.

Растворение - это сложный физико-химический процесс, при котором происходит взаимодействие частиц растворителя и вещества, растворяется.