Растворы - это однофазные системы переменного состава, состоящие из нескольких компонентов, один из которых является растворителем, а другие - растворенными веществами. То, что растворы однофазные системы, роднит их с химическими соединениями, а то, что они являются системами переменного состава, сближает их с механическими смесями. Поэтому и считают, что растворы имеют двойственную природу: с одной стороны, они сходны с химическими соединениями, а с другой — с механическими смесями.
Растворение - это физико-химический процесс. При физическом явлении разрушается кристаллическая решетка и происходит диффузия молекул растворенного вещества. При химическом явлении в процессе растворения молекулы растворенного вещества реагируют с молекулами растворителя.
Процесс растворения сопровождается выделением или поглощением теплоты. Эту теплоту, отнесенную к одному молю вещества, называют тепловым эффектом растворения, Qp.
Общий тепловой эффект растворения зависит от тепловых эффектов:
а) разрушения кристаллической решетки (процесс всегда идет с затратой энергии — Q1);
б) диффузии растворенного вещества в растворителе (затрата энергии - Q2);
в) гидратации (выделение теплоты, +Q3, так как гидраты образуются за счет возникновения непрочной химической связи, что всегда сопровождается выделением энергии).
Общий тепловой эффект растворения Qp будет равен сумме названных тепловых эффектов: Qp = (-Q1) + (- Q2) + (+Q3); если Q1> Q3> то растворение идет с поглощением теплоты, то есть процесс эндотермический, если Q1< Q3, то растворение идет с выделением теплоты, то есть процесс экзотермический. Например, растворение NaCl, KN03, NH4CNS идет с поглощением теплоты, растворение NaOH, H2S04 — с выделением теплоты.
Задача. Почему при растворении в воде хлорида натрия температура раствора понижается, а при растворении серной кислоты — повышается?
Ответ. При растворении хлорида натрия идет разрушение кристаллической решетки, что сопровождается затратой энергии. На процесс диффузии затрачивается незначительное количество энергии. Гидратация ионов всегда сопровождается выделением энергии. Следовательно, если в процессе растворения понижается температура, то энергия, необходимая для разрушения кристаллической решетки, оказывается большей, чем энергия, выделяющаяся при гидратации, и в целом раствор охлаждается.
Тепловой эффект растворения серной кислоты состоит, главным образом, из теплоты гидратации ионов, поэтому раствор разогревается.
Растворимость вещества — это его способность распределяться в среде растворителя. Растворимость (или коэффициент растворимости) определяется максимальным количеством граммов вещества, которое может раствориться в 100 граммах растворителя при данной температуре.
Растворимость большинства твердых веществ увеличивается с нагреванием. Есть исключения, то есть такие вещества, , растворимость которых с увеличением температуры мало меняется (NaCl) или даже падает (Са(ОН)2).
Растворимость газов в воде падает с нагреванием и увеличивается с повышением давления.
Растворимость веществ связана с природой растворенного вещества. Полярные и ионные соединения, как правило, хорошо растворяются в полярных растворителях, а неполярные соединения - в неполярных растворителях. Так, хлороводород и аммиак хорошо растворяются в воде, тогда как водород, хлор, азот растворяются в воде значительно хуже.