Фізіко – хімічна теорія розчинів
Розчини як двох і більш компонентні системи, склад яких
може змінюватися в достатньо широких межах, нагадують механічні суміші. Проте
зміна складу розчинів ще не означає, що між компонентами розчинів немає
хімічної взаємодії.
Фізична
теорія розчинів, основоположниками якої були відомі фізикохіміки Я.Вант-Гофф і
С.Арреніус, розглядає процес розчинення як простий розподіл (діспергування)
однієї речовини у всьому об'ємі іншої, і таким чином, властивості розчинів
повинні залежати тільки від концентрації розчиненої речовини. За фізичною
теорією розчинник – це індіферентне середовище, в якому
хаотично розподілені частинки розчиненої речовини.
Згідно
хімічної теорії розчинів, розробленої Д.І.Менделєєвим, між компонентами розчину
здійснюється хімічна взаємодія. Утворення і існування розчину неможливе без
взаємодії між всіма частками, які його утворюють. Розчин є динамічною системою,
між компонентами якої відбувається безперервний обмін.
Важливим
положенням хімічної теорії розчинів є твердження про рівноцінність компонентів
розчину: розчинника і розчиненої речовини.
У своїх
працях Д.І.Менделєєв показав, що в розчині є сполуки, які утворюються завдяки
взаємодії молекул розчиненої речовини і розчинника. Такі сполуки називаються сольватами (гідратами), а
процес їх утворення в результаті взаємодії компонентів розчину – сольватацією (гідратацією). Термін “гідрати” і
“гідратація” застосовують, коли розчинником є вода.
Існування
сольватів (гідратів) в розчині підтверджується виділенням сполук з розчинів у
вигляді кристалосольватів або крісталогідратів. Так, якщо розчинити у воді
безводні солі, наприклад CuSO4, Na2SO4, Mg(ClO4)2, то потім з
розчину вони виділяються у вигляді крісталогідраіов складу: CuSO4×5H2O, Na2SO4×10H2O, Mg(ClO4)2×6H2O. Подібним образом поводять себе більшість солей і деякі представники
інших класів неорганічних сполук. З неводних розчинників також можна добути
крісталосольвати. Наприклад, CaCl2 і Mg(ClO4)2 з метиловим
спиртом утворюють сольвати CaCl2×6CH3OH і Mg(ClO4)2×6CH3OH.
Про утворення
сольватів можна спостерігати за зовнішніми змінами, які відбуваються з
розчинами, наприклад по зміні об'єму розчину при розчиненні (білий
купрум(ІІ) сульфат CuSO4
утворює
блакитні розчини, а синій безводний CoCl2 – рожеві розчини).
В результаті
протікання процесів сольватації або гідратації розчинення речовин в
розчинниках супроводжується певним енергетичним ефектом. Зміна ентальпії при розчиненні одного моля речовини називається ентальпією
розчинення цієї речовини в даному розчиннику. Тепловий ефект розчинення
(екзо- або ендотермічний) залежить від двох величин: енергії кристалічних
граток речовини і енергії взаємодії розчиненої речовини з молекулами розчинника (ентельпія
сольватації). Процес розчинення супроводжується спочатку руйнуванням граток
речовини (витрачається енергія, яка дорівнює по величині енергії кристалічних
граток речовини, але протилежна за знаком) і сольватацією. Якщо позначити
енергію кристалічних граток Е, а ентальпію сольватації DН1, то теплота розчинення DН0
дорівнюватиме алгебраїчній сумі цих протилежних енергетичних ефектів:
DН0 = - Е + DН1.
З цього рівняння витікає,
що розчинення відбувається з виділенням теплоти (екзоефект), якщо
ентальпія сольватації більше енергії кристалічних граток, тобто DН1>Е. При Е>DН1 розчинення супроводжується
поглинанням теплоти (ендоеффект). Прикладами ендотермічних процесів є
розчинення KNO3, NH4NO3, NaCl, KCl, KNCS та ін. Навпаки,
розчинення кислот H2SO4, HNO3, HCl і лугів NaOH, KOH відбувається з виділенням
теплоти.
Таким чином,
існування в розчинах і твердому стані сольватів (гідратів), а також теплові
ефекти, що супроводжують процеси розчинення, свідчать про те, що розчини є
проміжним станом між механічними сумішами і хімічним сполуками.
Сучасна
теорія розчинів є об'єднанням фізичної і хімічної теорій розчинів, основи якої
було закладено роботами російських учених, зокрема Каблуковим і Кистяковським.
Немає коментарів:
Дописати коментар