4.2 Процессы, сопровождающие растворение

Как правило, процессы растворения сопровождаются изменением объема и температуры. Например, при смешении равных объемов этилового спиртаиводыобъем смеси меньше суммы объемов компонентов (это явление называетсяконтракцией).

Количество тепла, поглощаемого или выделяемого при растворении 1 молявещества, называетсятеплотой растворения(H_s). При растворении твердого вещества происходит разрушениекристаллической решетки. На это требуется затрата энергии. Однако многие процессы растворения протекают с выделением теплаТ.е. эти процессы являются экзотермическими.(H_s<0). Поэтому можно предположить, что наряду с разрушением кристаллической решетки протекаетэкзотермический процесс. Было показано, что этим процессом являетсясольватация, т.е. соединение молекул растворенного вещества в неустойчивые соединения –сольваты. Когда растворителем является вода, то эти соединения называются гидратами, а процесс –гидратацией. Поскольку молекула воды оченьполярна*, то многие гидраты весьма устойчивы и могут быть выделены в кристаллическом состоянии (кристаллогидраты) – например, CuSO₄5H₂O –медный купорос, Na₂CO₃10H₂O –кристаллическая сода, Na₂S₂O₃5H₂O –гипосульфит, и др. Следовательно, растворение – физико-химический процесс.

4.3 Растворы электролитов

4.3.1 Электролитическая диссоциация

Электролиты – вещества, которые при растворении подвергаются диссоциации на ионы. В результате раствор приобретает способность проводить электрический ток, т.к. в нем появляются подвижные носители электрического заряда. Например, при растворении в водеуксусная кислотадиссоциирует на ион водорода и ацетат-ион:

CH₃COOHH⁺+ CH₃COO^–

Необходимым условием, определяющим возможность процесса электролитической диссоциации, является наличие в растворяемом веществе ионных*илиполярных связей*, а также достаточнаяполярность*самогорастворителя*. Количественная оценка процесса электролитической диссоциации дается двумя величинами:степенью диссоциациииконстантой диссоциацииK.

Степенью диссоциации() электролита называется отношение числа его молекул, распавшихся на ионы, к общему числу молекул электролита в растворе, т. е.. Так, еслиC=0,1 моль/л, а концентрация диссоциированной части веществаС_д=0,001 моль/л, то для растворенного вещества=0,001/0,1=0,01, или=1%. Степень электролитической диссоциации зависит как от природы растворенного вещества, так и отконцентрации раствора, увеличиваясь с его разбавлением.

Электролиты можно разделить на две большие группы:сильные и слабые. Сильные электролиты диссоциируют практически полностью. К сильным электролитам относятся, например,H₂SO₄Серная кислота.,HClСоляная кислота.,HNO₃Азотная кислота.,H₃PO₄Ортофосфорная кислота.,HClO₃Хлорноватая кислота.,HClO₄Хлорная кислота.,KOHГидроксид калия., а также хорошо растворимые соли:NaClХлорид натрия (поваренная соль).,KBrБромид калия.,NH₄NO₃Нитрат аммония (аммиачная селитра).и др. Для слабых электролитов устанавливаетсяравновесиемежду недиссоциированными молекулами и ионами. К слабым электролитам относятся плохо растворимые соли (см.таблицу растворимости), вода и большинство органических кислот (например, уксуснаяCH₃COOH, муравьинаяHCOOH), а также неорганические соединения:H₂CO₃Угольная кислота.,H₂SСероводородная кислота.,HCNЦиановодородная (синильная) кислота.,H₂SiO₃Метакремниевая кислота.,H₂SO₃Сернистая кислота.,HNO₂Азотистая кислота.,HClOХлорноватистая кислота.,HCNOЦиановая кислота.,NH₄OHГидроксид аммония.и др.

Константа равновесия для процесса диссоциации называется константой диссоциации(K). В общем случае для электролита, диссоциирующего на два иона:

АВА⁺+ В^–

Для приведенного выше процесса диссоциации уксусной кислоты:

Если обозначить концентрацию электролитаВ приведенных здесь выражениях используется Молярная концентрация., распадающегося на два иона, черезC, то

[A⁺] = [B^–] =C;                   [AB] = C(1–);

Это уравнение соответствует закону разбавления Оствальда. Если электролит слабый, и диссоциация очень мала (<<1), то закон разбавленияОствальдаупрощается:

K=²C;.

Таким образом, степень диссоциации возрастает с разбавлением раствора.

Многоосновные кислоты, а также основания многовалентных металлов диссоциируют ступенчато. Например:

H₂CO₃H⁺+ HCO₃^–

HCO₃^–H⁺+ CO₃^2–

Первое равновесие – диссоциация по первой ступени – характеризуется константой

Для диссоциации по второй ступени:

В случае угольной кислотыконстанты диссоциации имеют следующие значения:K_I = 4,310^–7,K_II = 5,610^–11. Для ступенчатой диссоциации всегдаK_I>K_II>K_III>, т.к. энергия, которую необходимо затратить для отрываиона, минимальна при отрыве его от нейтральной молекулы.