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.