Физико-химическая природа процесса растворения

Природа процесса растворения сложна. Естественно возникает вопрос, почему некоторые вещества легко растворяются в одних растворителях и плохо растворимы или практически нерастворимы в других.

Образование растворов связано с физическим процессом – диффузией растворенного вещества и растворителя. Благодаря диффузии частицы — молекулы, ионы — удаляются с поверхности растворяющегося вещества и равномерно распределяются по всему объему растворителя. Именно поэтому в отсутствие перемешивания скорость растворения зависит от скорости диффузии. Но не только физическими процессами объясняется неодинаковая растворимость веществ в различных растворителях.

Важную роль при растворении играют химические процессы. Д.И. Менделеев доказал существование гидратов серной кислоты Н₂SО₄·Н₂О, Н₂SО₄·2Н₂О, Н₂SО₄·4Н₂О и некоторых других веществ, например С₂Н₅ОН·3H₂О. В этих случаях растворение сопровождается образованием химических связей частиц растворяемого вещества и растворителя. Этот процесс называется сольватацией; в частном случае, когда растворителем является вода, — гидратацией.

Химические взаимодействия осуществляются за счет донорно-акцепторных связей — здесь ионы растворенного вещества являются акцепторами электронов, а растворители (Н₂О, NН₃) — донорами электронов (например, образование аквакомплексов), а также в результате образования водородных связей (например, растворение спирта в воде).

Доказательствами химического взаимодействия растворенного вещества с растворителем являются тепловые эффекты и изменение окраски, сопровождающие растворение.

Например, при растворении гидроксида калия в воде выделяется теплота:

KОН + xН₂О == KОН·(Н₂О)_x,  —55 кДж/моль

а при растворении хлорида натрия теплота поглощается:

NаСl + xН₂О = NаСl·(Н₂О)_x;   +3,8 кДж/моль

Теплоту, выделяемую или поглощаемую при растворении 1 моль вещества, называют теплотой растворения Q_раств.

Растворение в воде безводного меди сульфата белого цвета приводит к появлению интенсивной голубой окраски. Образование сольватов, изменение окраски, тепловые эффекты, как и ряд других фактов, свидетельствуют об изменении химической природы компонентов раствора при его образовании.

Рис. 4.3. Растворение кристалла NaCl в воде

Таким образом, в соответствии с современными представлениями растворение — физико-химический процесс, в котором играют роль как физические, так и химические взаимодействия.