ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина І. ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ

Розділ 5. РОЗЧИНИ.ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРОЛІТИЧНОЇ ДИСОЦІАЦІЇ

§ 5.3. Теплові явища при розчиненні

Розчинення речовин супроводжується тепловим ефектом: виділенням або поглинанням теплоти — залежно від природи речовини. Під час розчинення у воді, наприклад, гідроксиду калію, сульфатної кислоти спостерігається сильне розігрівання розчину, тобто виділення теплоти, а при розчиненні нітрату амонію — сильне охолодження розчину, тобто поглинання теплоти. У першому випадку здійснюється екзотермічний процес (∆Н < 0), у другому — ендотермічний (∆Н > 0). Теплота розчинення ∆Н — це кількість теплоти, що виділяється або поглинається під час розчинення 1 моль речовини. Так, для гідроксиду калію ∆Н° = —55,65 кДж/моль, а для нітрату амонію ∆Н= +26,48 кДж/моль.

Внаслідок хімічної взаємодії розчиненої речовини з розчинником утворюються сполуки, які називаються сольватами (або гідратами, якщо- розчинником є вода). Утворення таких сполук споріднює розчини з хімічними сполуками.

Великий російський хімік Д.І. Менделєєв створив хімічну теорію розчинів, яку він обґрунтував численними експериментальними даними, викладеними в його праці “Дослідження водних розчинів за їх питомою вагою», опублікованій в 1887 р. “Розчини суть хімічні сполуки, що визначаються силами, які діють між розчинником і розчиненою речовиною”, — писав він. Тепер відома природа цих сил. Сольвати (гідрати) утворюються за рахунок донорно-акцепторної, іон-дипольної взаємодії, за рахунок водневих зв’язків, а також дисперсної взаємодії (у випадку розчинів споріднених речовин, наприклад бензолу й толуолу). Особливо схильні до гідратації (сполучення з водою) іони. Іони приєднують полярні молекули води, в результаті утворюються гідратовані іони (див. § 5.4); тому, наприклад, у розчині іон купруму(ІІ) голубий, а в безводному сульфаті купруму він безбарвний. Багато з таких сполук неміцні й легко розкладаються при виділенні їх у вільному стані, однак у ряді випадків утворюються міцні сполуки, які можна легко виділити з розчину кристалізацією. При цьому випадають кристали, що містять молекули води.

Кристалічні речовини, які містять молекули води, називаються кристалогідратами, а вода, що входить до складу кристалогідратів, називається кристалізаційною. Кристалогідратами є багато природних мінералів. Ряд речовин (у тому числі й органічні) добуваються в чистому вигляді тільки у формі кристалогідратів. Д.І. Менделєєв довів існування гідратів сульфатної кислоти, а також ряду інших речовин.

Отже, розчинення — не тільки фізичний, а й хімічний процес. Розчини утворюються шляхом взаємодії частинок розчиненої речовини з частинками розчинника. Учень Д.І. Менделєєва Д.П. Коновалов завжди підкреслював, що між хімічними сполуками і розчинами немає меж.

Рідкі розчини займають проміжне положення між хімічними сполуками сталого складу й механічними сумішами. Як і хімічні сполуки, вони однорідні й характеризуються тепловими явищами, а також концентрацією, що часто спостерігається — зменшенням об’єму при змішуванні рідин. З другого боку, на відміну від хімічних сполук розчини не підлягають закону сталості складу. їх, як і суміші, можна легко розділити на складові частини. Процес розчинення — це фізико-хімічний процес, а розчини — фізико-хімічні системи.

Велику увагу вивченню розчинів приділяв М.В. Ломоносов. Він провів дослідження із встановлення залежності розчинності речовин від температури, вивчав явища виділення й поглинання теплоти під час розчинення і відкрив охолоджувальні суміші. М.В. Ломоносов уперше встановив, що розчини замерзають (кристалізуються) при нижчій температурі, ніж розчинник. Він також дав молекулярно-кінетичне пояснення розчиненню, близьке до сучасного, вважаючи, що частинки речовини, що розчинилися, рівномірно розподіляються серед частинок розчинника.

¹ У хімічних формулах гідратів і кристалогідратів формулу води пишуть окремо (через крапку), наприклад H₂SO₄ ∙ Н₂О, H₂SO₄ 2Н₂О, H₂SO₄ ∙ 4Н₂О, Н₂С₂О₄ ∙ 2Н₂O, N₂SO₄ ∙ 10Н₂О, Al₂ (S0₄)₃ 18Н₂О тощо.

Близько 40 років наукової роботи присвятив вивченню розчинів Д.І. Менделєєв. Його хімічна теорія розчинів виявилася винятково плідною. На її основі утворились нові наукові дисципліни — такі, як фізико-хімічний аналіз, хімія комплексних сполук, електрохімія неводних розчинів. Нині ця теорія загальновизнана.

Значний внесок у розвиток хімічної теорії розчинів зробили відомі російські вчені Д.П. Коновалов, 1.0. Каблуков, М.С. Курнаков.