Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
185
Неполярные растворители хорошо растворяют неполярные молекулы газов. Так, например, органические растворители (углеводороды, ацетон и т. д.) растворяют значительные объемы органических газообразных соединений. Это очень широко используется в технике для получения сжатых газов, которые сами по себе малоустойчивы и, следовательно, опасны, но в растворенном состоянии могут транспортироваться' и храниться в обычных стальных баллонах. Например, раствор ацетилена в ацетоне и т. д.
Растворение твердого тела в жидкостях также сводится к взаимодействию между частицами, входящими в кристаллическую решетку, и молекулами растворителя из пограничного слоя. Если энергия возникающих связей достаточно велика, то начинается разрушение кристалла и диффузия частиц из кристаллической решетки в объем растворителя.
Интересно, что многие ионные кристаллы, обладающие значительной энергией кристаллической решетки, растворяются в воде, что позволяет оценить энергию связей между полярными молекулами воды и ионами.
Образование растворов между двумя твердыми телами возможно, но при этом требуется значительная энергия для создания физического контакта и сближения частиц, образующих поверхности раздела, на расстояния, при которых возможно установление связей между ними. Особенно мешают этому слои, почти всегда имеющиеся на поверхности твердых тел (химические или адсорбционные) .
Физические процессы установления связей и последующей диффузии используются в машиностроении для получения неразъемных соединений (сварка в твердом состоянии, диффузионная сварка и т. д.).
Комплексы межд^' молекулами растворителя и молекулами растворяемого вещества могут обладать различной устойчивостью и различной энергией связи. Процесс их образования при растворении носит общее название сольватации, а при образовании водных растворов —- гидратации > (Д. И. Менделеев).
Общий процесс растворения, состоящий из отдельных стадий, протекает с выделением или поглощением энергии, чем определяется знак разности энтальпий растворения (или теплоты растворения). Так, например, при растворении кристаллов NH4N03, NaCl, KCl, КСЮ3 и т. п. происходит поглощение энергии (ЛЯ>0), так как теплота гидратации не покрывает энергии, необходимой для разрушения кристаллической решетки. При растворении кристаллогидратов Na2C03- 10Н2О также поглощается энергия, так как ионы Na+ и СОз~ уже гидратированы в кристалле, на разрушение которого затрачивается энергия. Безводный Na2C03 растворяется с выделением энергии (Л#<0), так как теплота гидратации больше энергии кристаллической решетки.
Разность энтальпий растворения зависит от соотношения числа молекул растворенного вещества и числа молекул растворителя, так как это отношение определяет полноту гидратации. Поэтому
186
при разбавлении концентрированных растворов может произойти выделение энергии (ДЯраяб). Особенно это заметно при разбавлении концентрированных растворов H2S04. Выделяющаяся при разбавлении концентрированного раствора H2S04 теплота может вызвать испарение части воды и выброс раствора (осторожно!!), поэтому надо вливать кислоту в воду как в среду с большей теплоемкостью при непрерывном размешивании.
При разрушении жидкого раствора в процессе кристаллизации межмолекулярные силы также принимают участие, и в результате кристаллы компонентов раствора могут выделяться или в виде чистых веществ, или в виде кристаллов твердого раствора, или в виде кристаллов соединения растворенного вещества и растворителя.
Строение сплавов при кристаллизации жидких растворов металлов будет рассмотрено подробно в гл. 10.
7.4. ЭЛЕКТРОЛИТЫ
Полярные молекулы, или кристаллы ионного типа, образуют растворы, проводящие электрический ток. Электрическая проводимость в растворах электролитов создается направленным перемещением ионов — электрически заряженных частиц, имеющих положительный или отрицательный заряд. В целом электролит нейтрален, так как сумма его положительных и отрицательных зарядов равна нулю.
Электролитом называется система, содержащая положительно и отрицательно заряженные ионы, существующие независимо от внешних электрических или магнитных полей.
Образование электролитов может происходить различными путями: 1) диссоциацией растворенных полярных молекул под действием полярных молекул растворителя; 2) растворением ионных кристаллов с образованием гидратированных ионов; 3) плавлением ионных кристаллов. Последний путь образования электролитов также может сопровождаться процессами растворения. Например, электролит, служащий для получения металлического алюминия, представляет собой раствор глинозема (А1203) в криолите (Na3AlF6).
Несмотря на различные пути образования, все электролиты обладают общностью свойств.
Кроме жидких электролитов могут быть и «твердые электролиты», т. е. кристаллические вещества, проводящие электрический ток и в какой-то степени подвергающиеся электролизу. Обычно это кристаллы ионного типа с небольшой энергией кристаллической решетки, построенные из ионов различного размера и заряда. В таких кристаллах при нагревании в электрическом поле возможно смещение ионов, обычно малого размера (катионы), в ' направлении электрического ноля. Так, например, электрической проводимостью обладают ионы серебра в кристаллах галидов (кроме AgF). Явления проводимости тока твердыми электролитами сложны, но тем не менее твердые электролиты уже нашли себе применение в технике (гальванические элементы).
