Очень легкая химия (почти) ep 9⁠⁠

Сегодня мы пробежимся по основным положениям теории растворимости.

Начать стоит с того, что же на самом деле происходит при растворении вещества. Многие ошибочно полагают, что этот процесс не имеет отношения к химии так как при растворении частицы вещества только диффундируют в растворитель. Данное утверждение легко опровергнуть, согласно ему при растворении должна разрушаться кристаллическая решетка вещества (если она есть) и следовательно на этот процесс должна тратиться большая энергия. В результате простых расчетов мы получаем, что для растворения 100 г хлорида натрия нам потребуется 1300 Кдж энергии, это означает, что насыпав полстакана соли в кастрюлю (2,5л) кипятка, вода охладится до 0 и часть её замерзнет) Да, этого определенно никогда с вами не происходило, так в чём же дело?

Растворение вещества возможно по двум основным причинам: при растворении увеличивается беспорядок в системе, из стройных рядов кристаллической решетки ионы попадают в раствор, начинают беспорядочно перемещаться и вращаться. Кроме того происходит процесс сольватации

Начнём с теории растворимости, как мы знаем в полярных растворителях вроде воды растворение происходит путем сольватации ( образование "шубы" вокруг ионов или полярных молекул) это происходит потому что молекула воды полярна, и образование сольватированного ( укутанного "шубой") иона с энергетической точки зрения более выгодно чем существование ионной ( а иногда и ковалентной связи) в растворе.

Источник

Сольватация это как раз химическая реакция, так как в её результате образуются новые химические связи. Также сольватация (в случае с водой гидратация) энергетически выгодный процесс, и иногда энергия кристаллической решетки сопоставима с энергией гидратации, что и позволяет некоторым веществам растворяться, например в воде.

Таким образом, во время растворения, кроме разрушения кристаллической решетки происходит еще и сольватация, увеличивающая беспорядок и частично компенсирующая энергию решетки.

На растворимость вещества в определенном растворителе влияет много факторов: природа растворителя (в полярных растворителях лучше растворяются полярные молекулы (хлорид натрия в воде), в неполярных неполярные молекулы (йод в CCl4)), температура, концентрация растворенного вещества и других веществ или ионов (растворимость сульфата кальция уменьшается при добавлении сульфат ионов в соответствии с принципом Ле Шателье).

У растворов наблюдаются так называемые коллигативные свойства, они не зависят от природы растворенного вещества, а только от количества его частиц в растворе, подробнее о коллигативных свойствах раствора тут. ( не обращайте внимания на слово «коллоидная химия» я просто не проверил и написал неправильно)

Также процесс растворения часто сопровождается процессом электролитической диссоциации (грубо, но той же сольватацией) в результате чего растворы получают электропроводящие свойства, становятся электролитами. Всвязи с этим растворы стали делить на сильные и слабые электролиты. Начнем со слабых, они характеризуются тем, что значительная часть молекул растворенного! вещества не подверглась диссоциации, следовательно можно описать этот раствор некоторыми величинами: степенью диссоциации и константой диссоциации. Первая обозначает отношение количества продиссоциировавших молекул к числу нераспавшихся, вторая - отношение произведения концентраций продуктов диссоциации к концентрации растворенного вещества.

Однако для сильных электролитов данные величины не будут определены, так как сильные электролиты уже по определению диссоциируют полностью и степень диссоциации всегда равна 1, а константа стремится к бесконечности. Здесь мы и натыкаемся на те подводные камни, о которых говорили в начале, в реальном растворе с увеличением концентрации растет вклад кулоновских и прочих сил, которые уменьшают кажущуюся степень диссоциации. Теперь нам приходится работать с эмпирическими расчетами и вводить новые коэффициенты, связывающие идеальный раствор и реальный раствор.

Также стоит отметить, что сильные электролиты не обязательно должны быть хорошо растворимы, например карбонат кальция является сильным электролитом, но малорастворим в воде. Для таких веществ предусмотрена специальная константа- произведение растворимости, она описывает возможности выпадения и растворения осадка, при работе с сильным электролитом.