-Сольватація і тепловий ефект розчинення

Розчини як дво- і більш компонентні системи, склад яких може змінюватись у досить широких межах, нагадують механічні су­міші. Проте змінність складу розчинів ще не означає, що між ком­понентами розчинів немає хімічної взаємодії.

Згідно з хімічною теорією розчинів, розробленою Д.І.Менде­лєєвим, між компонентами розчину відбувається хімічна взаємодія. 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 внаслідок взаємодії компонентів розчину – сольватацією (гідратацією). Терміни "гідрати" і "гідратація" застосовують, коли розчинником є вода.

Існування сольватів (гідратів) у розчині підтверджується виді­ленням відповідних сполук з розчинів у вигляді кристалосольватів або кристалогідратів (СuSО4·5Н2О, Nа2СО3·10Н2О, Мg(СlО4)2·6Н2О). Подібно поводять себе більшість солей і деякі представники інших класів неорганічних сполук.

Про утворення сольватів або гідратів можна дізнатися, наприклад, за змі­ною об'єму при розчиненні спиртів і сірчаної кислоти у воді, за зміною забарвлення розчину при розчиненні (білий СuSО4 утворює сині розчини, а синій безводний СоСl2 – рожеві розчини).

Внаслідок перебігу процесів сольватації або гідратації розчи­нення речовин у розчинниках супроводиться певним енергетичним ефектом. Зміна ентальпії при розчиненні одного моля речовини на­зивається ентальпією розчинення цієї речовини у даному розчинни­ку. Тепловий ефект розчинення (екзо- чи ендотермічний) залежить від двох величин: енергії кристалічної решітки речовини і енергії взаємодії розчиненої речовини в молекулами розчинника (ентальпія сольватації). Процес розчинення супроводиться спочатку руйну­ванням решітки речовини (затрачається енергія, що дорівнює за величиною енергії кристалічної решітки речовини, але протилеж­на за знаком) і сольватацією (виділяється кількість теплоти, яка дорівнює ентальпії сольватації). Якщо позначити енергію криста­лічної решітки Е, а ентальпію сольватації Н1, то теплота розчи­нення Н0 дорівнюватиме алгебраїчній сумі цих протилежних енергетичних ефектів:

Н0 = –Е + Н1.

З рівняння випливає, що розчинення речовини відбувається з виділенням теплоти (екзоефект), якщо ентальпія сольватації пере­вищує енергію кристалічної решітки, тобто Н1 > Е. При Е > Н1 розчинення супроводиться поглинанням теплоти (ендоефект). При­кладами ендотермічних процесів є розчинення КNО3, NН4NО3, NаСl, КСl, КNСS та ін. Тому деякі з них використовуються для до­бування холодних сумішей. Навпаки, розчинення кислот Н2SО4, НNО3, НСl і лугів NаОН, КОН відбувається з виділенням теплоти.

Сучасна теорія розчинів є поєднанням фізичних і хімічних теорій розчинів, основи якої було закладено роботами російських учених, зокрема І.О.Каблуковим і В.О.Кістяковським.