Энергетика процесса растворения

РАСТВОРЫ

Факторы, влияющие на смещение равновесия

1. Давление (характерно для газов).

Увеличение давления смещает равновесие в сторону реакции, идущей с уменьшением числа молекул газа, т.е. в сторону понижения давления. Например, в реакции 2SO₂ + O₂ ↔ 2SO₃ в левой части уравнения 3 молекулы газа, а в правой – 2, поэтому при повышении давления равновесие смещается вправо.

2. Температура.

Увеличение температуры смещает положение равновесия в сторону эндотермической реакции, понижение – в сторону экзотермической реакции. Например, в равновесной системе N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃, ∆H⁰ = -92 кДж повышение температуры приводит к смещению равновесия в сторону обратной (эндотермической) реакции, понижение – в сторону прямой (экзотермической) реакции.

3. Концентрация.

Увеличение концентрации исходных веществ и удаление продуктов из сферы реакции смещает равновесие в сторону прямой реакции. Уменьшение концентрации исходных веществ и увеличение концентрации продуктов реакции смещает равновесие в сторону обратной реакции. Например, в реакции

2NO + O₂ ↔ 2NO₂ увеличение концентрации NO и O₂ или уменьшении концентрации NO₂ приводит к смещению равновесия в сторону прямой реакции. Увеличение концентрации NO₂ – в сторону обратной реакции.

4. Катализаторы.

Катализаторы не смещают равновесия. Они уменьшают время, необходимое для достижения равновесия. Во сколько раз катализаторы ускоряют прямую реакцию, во столько же раз они ускоряют и обратную реакцию.

Раствор – это гомогенная система, состоящая из двух и более компонентов, относительные количества которых могут изменяться в широких пределах. Вещество, взятое в избытке и служащее средой, в которой идет растворение, называется растворителем. Вещество, которое растворяется, называется растворяемым веществом.

Процесс растворения – физико-химический и складывается из следующих стадий: 1. Разрушение структуры растворяемого вещества. 2. Химическое взаимодействие частиц растворителя и растворенного вещества. Процесс взаимодействия частиц растворителя и растворённого вещества называется сольватацией (если растворителем является вода – гидратацией), продукты взаимодействия называются сольватами или гидратами. 3. Распределение сольватированных (гидратированных) частиц в объеме растворителя.

Количество теплоты, которое выделяется или поглощается при растворении 1 моль вещества, называется энтальпией растворения. Энтальпия растворения твердого вещества складывается из энтальпии разрушения кристаллической решетки растворяемого вещества (эндотермический процесс) и энтальпии гидратации (экзотермический процесс).

∆Н_{растворения} = ∆Н_{разруш.} + ∆Н_{гидрат.}

Если ∆Н_разруш > ∆Н_гидрат, то ∆Н_{растворения} > 0.

Если ∆Н_гидрат > ∆Н_разруш, то ∆Н_{растворения} < 0.

∆G_{растворения} = ∆Н_{растворения} − T∆S_{растворения}

При растворении твердых веществ в воде ∆Н_{растворения} может быть > 0 и < 0. ∆S_{растворения} всегда > 0. При растворении твердых веществ в воде определяющую роль играет энтропийный фактор, поэтому независимо от знака ∆Н_расв.,

∆G_{растворения} всегда < 0, и процесс растворения твердых веществ в воде протекает самопроизвольно.

При растворении газов в воде ∆Н_{растворения} < 0, ∆S_{растворения} < 0. В данном случае определяющую роль играет энтальпийный фактор, поэтому независимо от знака ∆S_раств, ∆G_раств. < 0, и растворение газа в жидкости идет самопроизвольно.